Energia potenziale gravitazionale

Area : FISICA
A.s. 2000-2001

Scuola: Liceo Scientifico 'Leonardo da Vinci'-Treviso

Autori dell'esperimento: classe 3 B P.N.I.

Schede a cura di Camatel Alessandra - Cognigni Sara – Foltran Sonia - Giaffreda Alessandro

Insegnante: Luisa Bari

Attraverso quest’esperienza di laboratorio, ci siamo proposti di:
- Definire operativamente l’energia potenziale gravitazionale;
- Determinare la relazione tra l’energia potenziale gravitazionale e l'altezza;
- Determinare la relazione tra l’energia potenziale gravitazionale e la massa.

Cosa fare

• Misurare la temperatura del cilindretto indicata dal termometro;
• Misurare la massa netta che viene appesa;
• Porre e tenere il secchiello con le masse ad una certa altezza e misurare l’altezza;
• Avvolgere 3 volte il filo intorno al cilindretto di alluminio fissato al sostegno, in modo che il secchiello scenda lentamente;
• Lasciare andare il secchiello fino ad arrivare a terra;
• Misurare la temperatura massima raggiunta dal cilindretto, dopo aver atteso che si sia stabilizzata.
  

Cosa osservare

La temperatura finale del cilindretto è maggiore rispetto a quella iniziale ed il secchiello è a terra.
Il secchiello varia la sua posizione e il cilindretto di alluminio varia la sua temperatura, perciò in entrambi i casi varia un livello e per questa ragione si possono descrivere le due variazioni con la stesa parola: in entrambi i casi diciamo che è variata l’energia dell’oggetto.
Quando la temperatura di un corpo cresce diciamo che aumenta la sua energia interna di tipo termico, quando un corpo cade diciamo che diminuisce la sua energia potenziale gravitazionale.
La variazione di energia termica è uguale alla quantità di calore misurata, la variazione di energia potenziale gravitazionale la poniamo, per definizione, uguale ed opposta alla variazione di energia termica, nel senso che se una diminuisce, l’altra aumenta della stessa quantità, in base al principio di conservazione dell'energia.
Rilevando i dati relativi al riscaldamento e al successivo raffreddamento del cilindretto nel tempo, otteniamo un grafico in cui si osserva che la temperatura dopo aver raggiunto l’apice massimo, comincia a scendere, perché c’è una dispersione di energia nell’ambiente.
Anche nella fase di salita immaginiamo che la variazione dell’energia interna misurata risulti minore della variazione di energia interna prodotta dalla caduta del secchiello se il sistema fosse isolato.
Siamo allora in presenza di un errore sistematico che possiamo correggere graficamente interpolando alcuni punti della curva di raffreddamento con una retta in modo da ottenere la variazione di temperatura dovuta alle dispersioni con l’ambiente durante la caduta.

Da quali grandezze dipende l’energia potenziale gravitazionale?

Cambiando l'altezza di partenza della massa appesa o la massa stessa, cambia la variazione di temperatura del cilindretto e quindi la variazione di energia interna. La variazione di energia potenziale gravitazionale dipende allora da queste due grandezze. Se si mantiene l’altezza di partenza del secchiello costante e si varia la massa appesa, ripetendo le misure con diverse masse, si possono riportare i dati in un grafico e determinare la relazione tra energia potenziale gravitazionale e massa. Lo stesso si può fare mantenendo costante la massa appesa e cambiando l'altezza, per determinare la relazione tra energia potenziale gravitazionale e altezza. Dall'elaborazione dei dati si trova che la variazione di energia potenziale gravitazionale è direttamente proporzionale alla massa e all'altezza.