Principi della dinamica a bordo della Stazione Spaziale Internazionale
Struttura del video e scelte di layout:
Il video è composto da quattro parti:
- Vantaggi della microgravità per la dimostrazione dei principi;
- Enunciato dei tre principi della dinamica e spiegazione dei relativi esperimenti;
- Spiegazione e dimostrazione di ciò che avviene durante un urto tramite i principi precedentemente esposti;
- Esempi di situazioni in cui le leggi sono applicabili sulla Terra.
Contenuti teorici esposti:
- In condizioni di microgravità si possono trascurare alcune forze come la forza di attrito e la forza peso, cosa che non sarebbe possibile sulla Terra. Questo permette di osservare più efficientemente i tre principi della dinamica o leggi di Newton.
- Primo principio o principio di inerzia:un corpo persevera il proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme fintanto che la somma delle forze ad esso applicate sia nulla e viceversa
- Secondo principio:la forza totale che agisce su un corpo è uguale al prodotto della massa per l’accelerazione. La forza totale che agisce su un corpo è quindi direttamente proporzionale all’accelerazione e alla massa e ha stessa direzione e verso dell’accelerazione. L’enunciato è traducibile nella forma .
- Terzo principio o principio di azione e reazione: se un corpo A agisce con una forza su un corpo B, anche B esercita una forza sul corpo A. Le due forze hanno lo stesso modulo, la stessa direzione ma verso opposto. Quindi
- Si dimostra ciò che si osserva nel video dell’urto tra una pallina stazionaria di massa maggiore e una di massa minore in movimento. La pallina piccola esercita una forza su quella grande e, per la terza legge di Newton, quella grande esercita una forza , su quella piccola. Quindi . Per la seconda legge , per cui l’uguaglianza delle forze può essere riscritta come , dove e sono rispettivamente la massa e l’accelerazione della massa maggiore, mentre e si riferiscono alla massa minore. Per rendere vera l’uguaglianza, se è molto più grande di , allora dovrà essere molto più grande di
Aspetto sperimentale:
- Gli esperimenti proposti sono stati svolti nella Stazione Spaziale da diversi astronauti in condizioni di microgravità.
- Il primo esperimento vuole dimostrare il primo principio della dinamica. Il video mostra un’astronauta soffiare su una pallina da ping-pong. Dopo aver smesso di soffiare, la pallina non è più soggetta a nessuna forza.
- Il secondo esperimento è un’esemplificazione del secondo principio. L’astronauta soffia con la stessa forza su una pallina di ottone, una di legno e una da ping-pong, aventi masse differenti. Le palline di massa minore si muovono con un’accelerazione maggiore, mentre palline di massa maggiore hanno accelerazione minore. A parità di forza applicata, massa e accelerazione sono inversamente proporzionali.
- Il terzo esperimento rappresenta il terzo principio. Due astronauti spingono l’uno sui pugni dell’altro, esercitando una forza sul compagno, causandone l’accelerazione. Entrambi gli astronauti subiscono anche una forza con stesso modulo e direzione di ma verso opposto, che si somma a quella che gli era stata precedentemente applicata.
- Nel quarto esperimento si può osservare una pallina di massa minore che viene lanciata contro una pallina ferma, di massa maggiore. Dopo l’urto, la pallina piccola si muove con velocità elevata nel verso opposto rispetto a quello in cui era stata lanciata inizialmente. La pallina grande invece, si muove solamente di poco nel verso iniziale della pallina piccola.
Sitografia:
NASA: https://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-microgravity-58.html
NASA Astro Academy: https://astroacademy.org.uk/resources/collisions/
ESA missione Newton nello spazio: http://www.esa.int/Education/Mission_1_Newton_in_Space
PROGETTI PERCORSI 