» Diapason elettromagnetico con punta scrivente (0459)

Immagini

Disposizione sperimentale per metodo di Duhamel — Disegno 1

Disposizione sperimentale per il metodo della lastra cadente — Disegno 2

Disposizione sperimentale per determinazione della Tensione superficiale — Disegno 4

DESCRIZIONE

Si tratta di un diapason con una "punta scrivente", ossia di un diapason dotato di una lamina metallica appuntita, avvitata esternamente ad un rebbio. Le vibrazioni del diapason, e quindi della punta scrivente, sono mantenute da un elettromagnete collocato tra i due rebbi. Sulla base metallica sono presenti due morsetti per il collegamento alla sorgente di c.c.

L'apparecchio può essere usato per i seguenti esperimenti:

1. Determinazione della frequenza di un diapason (con il metodo di Duhamel (vedi ref.1):

In questo caso l'apparecchio è usato insieme ad un cilindro registratore, intorno al quale è avvolta carta carbone posta sopra uno strato di carta bianca. L'apparecchio è montato in modo che la punta scrivente della lamina poggi delicatamente sulla carta. Il movimento del cilindro è regolato da una vite senza fine, e quindi il cilindro è in grado non solo di ruotare ma anche contemporaneamente di alzarsi.

Se il cilindro ruota, in assenza di vibrazione del diapason, sulla carta sarà tracciata una linea ad elica, non sinusoidale.
Se invece il diapason è alimentato e vibra, sul cilindro otterremo una curva sinusoidale.
Il diapason è messo in circuito con un secondo pendolo (M)(un pendolo che ha il periodo di 2 secondi) a mercurio e un rocchetto ad induzione. Se il pendolo oscilla e tocca il mercurio, la corrente passa nel primario (P), e nel secondario (S) si genera una scintilla per l'alto valore di f.e.m.; questo produce una macchia nera sulla carta. Il numero di onde tra due scintille consecutive indica la frequenza del diapason.

2. Determinazione della frequenza di un diapason (con il metodo della lastra cadente (vedi ref.2):
In questo caso si usa una lastra di vetro affumicato. Il diapason è fissato in modo tale che la punta scrivente tocchi appena la lastra, che è appesa ad un supporto per mezzo di un filo di cotone. Quando il filo viene bruciato, la lastra cade con accelerazione "g", in un'apposita guida, imbottita per evitare rotture. Se il diapason non vibra, sulla lastra verrà tracciata una linea verticale, che risulterà invece ondulata se il diapason è messo in vibrazione (Disegno 3). Le onde tracciate, molto serrate all'inizio, cominciano ad allargarsi man mano che la lastra acquisisce velocità con il tempo.

Per determinare la frequenza del diapason si considera un punto "B", (vedi Disegno 3: Tracciato), a poca distanza del punto iniziale "A". Si scelgono altri due punti (C) e (D) in modo tale che il numero di onde tra (B) e (C) corrisponde al numero di onde tra (C) e (D); le distanze (BC) e (CD) sono quindi percorse dalla lastra nello stesso tempo t.

Sia BC=S₁, CD=S₂ e U_B la velocità iniziale della lastra al punto "B", allora

Equazione: [S_1 =U<sub>B</sub> t +\frac{1}{2}gt^2]

Equazione: [S_1 + S_2 = 2U<sub>B</sub>t +2gt^2]

Quindi, si ha

Equazione: [t = \sqrt{\frac{(S_2 - S_1)}{g}}]

Se il numero di onde tra (B) e (C) o (C) e (D) è (m), allora
la frequenza del diapason $Formula: [\nu =\frac{m}{t}]$
Formula: [S_1] Formula: [S_2] vengono misurate mediante un microscopio.

Con questo metodo, conoscendo la frequenza del diapason, si può anche misurare il valore dell'accelerazione di gravità "g".

3. Determinazione della tensione superficiale di un liquido con il metodo di Rayleigh (vedi ref. 2 pag. 122)
Il liquido in esame (nel nostro caso l'acqua) è contenuto in un recipiente di vetro trasparente, appoggiato sopra un foglio di carta millimetrata su cui sono delineati due indicatori. La punta scrivente del diapason è disposta in modo da toccare appena la superficie dell'acqua. Quando il diapason elettrico è messo in vibrazione, la punta genera piccole onde.
Poiché, per la persistenza della visione, le onde sembrano stazionarie, per visualizzarle si ricorre ad un raggio di luce che, passando attraverso la fenditura (F), viene riflesso dallo specchio (M) ed incide sulla superficie dell'acqua (come illustrato nel disegno 4), rendendole osservabili sul foglio millimetrato sottostante. Basterà allora dividere la distanza compresa tra i due indicatori (Disegno 5.) per il numero di onde rilevate per ottenerne la lunghezza. La frequenza delle onde è uguale a quella del diapason.
Sia la lunghezza d'onda = λ
La frequenza = n
La velocità $Formula: [{\rm v =n}\lambda]$

Equazione: [n\lambda = \sqrt{\frac{\lambda g}{2\pi}+ \frac{2\pi T}{\lambda\rho}}]

Equazione: [T = \frac{\lambda^2 \rho}{4\pi^2}(2n^2\lambda\pi -g)]

Dove T è la tensione superficiale, ρ è la densità dell'acqua.

L'esperimento può essere ripetuto con l'aggiunta di NaCl da 0,5 fino a 5 moli con incremento di 0,5 moli (1 mole di NaCl = 60 gm) in 1 litro d'acqua. Un grafico potrà evidenziare come la tensione superficiale aumenti con la concentrazione del sale.

La frequenza più adatta per quest'esperimento è di circa 60 hertz.

OSSERVAZIONI

Scritte sul supporto metallico:
1. Indicazione dei Volt (2) e degli ampere (1) da usare.
2. Numero di inventario (4057), in vernice bianca.
Prezzo d'inventario: 75 lire

ISCRIZIONI

Il logo PHYWE è inciso in un esagono sulla base di metallo

BIBLIOGRAFIA

[1] Ganot A., "Traité Élémentaire de physique" Paris, 1868, pag. 497.
[2] Worsnop B.L., Flint H.T., "Advanced Practical Physics for Students", Asia Publishing House, New Delhi,1961, pag. 429.

Dati Catalografici

Data di costruzione:	Seconda decade Secolo XX
Data di carico:	1923-06-28
Nr. Inventario:	4057 (Generale dal 1874)
Costruttore:	PHYWE
Materiale:	acciaio, ottone, metallo, legno
Dimensioni:	Diapason: 24 cm x 2,5 cm x 1 cm; Base di metallo: 15 cm x 9,5 cm x 2 cm; Sostegno metallico del diapason: 2 cm x 2 cm x 6 cm; Lunghezza della punta scrivente: 6,5 cm
Conservazione:	ottimo (Funzionante.)