L’obiettivo di questa esperienza è di dimostrare la relazione tra lo spazio percorso da una slitta e il tempo impiegato a percorrerlo, nel caso in cui il moto sia rettilineo su un piano orizzontale, in assenza di attrito, e senza forze applicate al carrello stesso. Ovviamente l’unica forza applicata sarà la spinta iniziale.
Per questa esperienza, ci serviamo di una rotaia a cuscino d’aria.
La rotaia a cuscino d’aria è costituita da un binario di sezione triangolare, che presenta dei fori sui due lati obliqui. Attraverso questi fori, fuoriesce aria prodotta da un opportuno compressore che collegato mediante un tubo di gomma invia aria compressa all’interno del binario facendola fuoriuscire dai fori. Sul binario viene fatto scorrere una slitta fornita di banderuola. Quest’ultima passando attraverso un primo traguardo ottico (fotocellula) avvia il timer. Successivamente la banderuola passa attraverso il secondo traguardo ottico facendo in modo che la misurazione del tempo si blocchi. Ovviamente l’aria che fuoriesce dai fori ha come scopo quello di annullare in buona parte l’attrito tra il binario e la slitta in quanto crea un cuscino d’aria. Una molla opportunamente montata all’inizio del binario, darà la spinta alla slitta
Su un lato del binario troviamo disegnata un’asta metrica che ha la funzione di misurare le distanze percorse.
In un esperienza di laboratorio, variando lo spazio percorso spostando man mano la seconda fotocellula si è ottenuta la seguente tabella.
Dove:
S0 spazio iniziale;
S1 spazio finale;
Ias incertezza (errore) assoluta dello spazio;
ΔS = S1 – S0 spazio percorso;
t1 , t2 , t3 tempo misurato ripetendo tre volte la prova;
s sensibilità;
Iat incertezza (errore) assoluta del tempo.
Per ciascun tratto di spazio sono state ripetute tre misurazioni del tempo, per cui si è passato al calcolo del valore medio. Sia per lo spazio che per i tempi sono state riportate le incertezze assolute.
Dalla tabella si può notare che raddoppiando, triplicando lo spazio, raddoppia e triplica anche il tempo, cioè vengono percorsi spazi uguali in uguali intervalli di tempo.
Pertanto spazio percorso e intervallo di tempo risultano direttamente proporzionali.
Se si riportano i dati su un diagramma spazio-tempo si nota che si ottiene una retta.
Da quanto ricavato si evince che si tratta di moto rettilineo uniforme.