10/10/16

QUIZ: Il bus della scuola e due “palloncini” **

Cosa si può fare per convincere a staccare dallo smartphone i ragazzi di uno scuolabus?  Magari, insegnandogli qualcosa di utile? D’altra parte, qualcosa di fisica devono sapere… perché, allora,  non farli divertire con un piccolo e divertente trucco? Mi raccomando, non andate a cercare in giro per il web… siate onesti!

L’autista, prima di partire, appende al soffitto una pallina che cadrebbe sul pavimento e lega al pavimento un palloncino colorato che tenderebbe ad andare verso il soffitto. I ragazzi fanno una smorfia: tutto lì, non sono mica dei bambini! L’autista della scuola, però, rivolge una domanda agli studenti: "Cosa succederà alla pallina e al palloncino quando partirà accelerando?"

Inizia subito una discussione tra i ragazzi, ma ciò che vedranno li sorprenderà e catturerà il loro interesse. Non aspetteranno altro di vedere cosa succederà in frenata e lo smartphone rimarrà inutilizzato… (o almeno lo speriamo!).

Insomma, cosa vedranno in B? Aspetto la risposta, ma anche la spiegazione

bus

 

SOLUZIONE

Leggendo i commenti e seguendo le splendide prove pratiche fatte da Arturo non vi è quasi bisogno di dare la soluzione.  il problema è piuttosto semplice. Siamo in un sistema non inerziale, ossia che accelera. Tuttavia, chi accelera è solo l'auto che è collegata al motore e alle ruote. La pallina e il palloncino no e quindi cercano di conservare il loro moto a velocità uniforme o addirittura di restare fermi. In altre parole, sfruttano la loro inerzia al movimento. Ragione per cui, la pallina resta ferma ed è il retro della macchina che va verso di lei. Se non ci fosse il filo picchierebbe contro il vetro posteriore. Ciò che si vede è, quindi, una pallina, sospesa al filo, che tende a restare più indietro possibile.

La stessa cosa dovrebbe succedere anche al palloncino, che dovrebbe rimanere indietro bloccato in ciò dallo spago. E, invece, ci siamo dimenticati che anche l'aria ha una sua massa: quella di tutte le innumerevoli particelle che la compongono. Anche loro hanno inerzia a muoversi e vengono facilmente raggiunte dalla parte posteriore della macchina. Facendo, questo, però riempiono in fretta questa parte dell'automobile. Esse sbattono contro il vetro posteriore, rimbalzano e si stringono tra loro. Hanno buon gioco a farsi largo spingendo il palloncino, più leggero dell'aria, verso la parte anteriore. Proprio come ci ha mostrato praticamente il video di Arturo!

 

26 commenti

  1. Gianni Bolzonella

    Se fossero in moto uniforme rimarrebbero come sono,ma se si frena o si accelera in maniera robusta andranno a sbattere sulla parete/pavimento alla quale sono legati,per inerzia.

  2. Può anche darsi, caro Gianni, ma in che modo e in che verso? E' quello il problema... e poi... perché? :roll:

  3. Alessio Chima

    Secondo il principio di conservazione del moto tenderanno a mantenere costante la loro velocità quindi, in fase di accelerazione tenderanno ad essere "tirati" da una "forza invisibile" verso il fondo dell'autobus, mentre in fase di frenata tenderanno ad essere "spinti" dalla stessa "forza invisibile" (ma di verso opposto alla precedente) verso la testa dell'autobus.

    In fase di sosta del veicolo i tre corpi, autobus, pallina e palloncino, avranno velocità 0. In fase di accelerazione del mezzo il palloncino e la pallina tenderanno a mantenere la propria velocità di origine (v=0) quindi, opponendo resistenza alla variazione di velocità, cercheranno di rimanere nella posizione iniziale con la velocità iniziale; però, essendo vincolati all'autobus mediante il filo, essi saranno accelerati alla stessa velocità del veicolo e solo dopo che questo si sarà stabilizzato a velocità costante, dopo una fase di moto ondulatorio torneranno in una posizione di equilibrio, ovvero verticalmente rispetto al pavimento (nel caso in cui l'autobus si trovasse su una strada in pianura. Infatti se il mezzo fosse, per esempio, in salita, il palloncino e la pallina si disporrebbero, in fase di moto uniforme, su due piani parallelli dal momento che, tendendo l'uno ad andare verso il cielo verticalmente e tendendo l'altra a cadere verso il centro della Terra in linea retta, i due punti in cui essi sono vincolati non si troverebbero più sulla stessa linea perpendicolare con il centro della Terra). In fase di frenata accadrebbe lo stesso ma con verso opposto. In caso di accelerazione o decelerazione costante i due corpi tenderanno costantemente ad andare o verso la coda o verso la punta dell'autobus fino a che questa variazione di velocità si protenderà.

    Pensandoci bene è lo stesso fenomeno che si riscontra in auto quando si è soggetti ad una forte accelerazione o ad una brusca frenata, si viene infatti o schiacciati sul proprio sedile o spinti in avanti.

    Spero di aver dato una spiegazione corretta e quanto più semplice da capire

  4. caro Alessio,

    si vede che hai studiato bene il problema delle forze apparenti. Tuttavia, la situazione non è così semplice come sembra. C'è ancora qualcosa da tenere in conto, che, normalmente, viene trascurata, perché praticamente ininfluente. Ma non sempre lo è...

    No do ancora aiuti... abbi un po' di pazienza... e grazie per frequentare questo Circolo!

     

  5. Marko Carme

    Ciao Enzo non si vede l'immagine, comunque la pallina e il palloncino si spostano verso sinistra, o meglio, se ci mettiamo su un marciapiede vedremo il bus spostarsi verso destra e i due oggetti rimanere nella loro posizione finché non subiranno la stessa accelerazione dovuta alla partenza in quanto sono collegati al bus.

  6. Paolo salvini

    Ci ho pensato un po’, e provo a dire la mia. Intanto direi che il fatto che la pallina sia attaccata al soffitto mentre il palloncino al pavimento non dovrebbe differenziare il loro comportamento, dato che le forze in gioco (la gravita per la pallina, il galleggiamento dell’elio rispetto all’aria circostante) sono entrambe perpendicolari al movimento del bus.

    Quando il bus parte secondo me la pallina inizierà a dondolare. Indietro quando il bus accelera, e in avanti quando rallenta, perche’ la forza gli viene trasmessa dalla corda, che e’ legata lontana dal suo centro di massa.

    Il palloncino invece secondo me si comportera’ diversamente, per via del fatto che e' immerso in un fluido, l'aria all’interno del bus, che accelera e decelera insieme al bus. Anche la pallina in effetti lo e’, ma la differenza e’ che il palloncino ha una massa molto piccola rispetto al suo volume, e cio’ fa si che la forza esercitata dall’aria sulla sua superficie esterna e’ sufficiente ad imprimergli l’ accelerazione che ha il bus. In pratica al palloncino la forza gli viene trasmessa dall’aria circostante in corrispondenza del suo centro di massa, e non dalla corda, e quindi non oscillera’ (o lo fara poco).

     

     

  7. Vincenzo Zappalà

    Chiedo scusa a tutti ma, a causa di impegni familiari, non posso rispondere stasera ai vostri commenti né reinserire l'immagine del mio precedente commento. Penserò a tutto domattina!  :wink:

  8. Gianni Bolzonella

    Le forze sono quelle di inerzia centrifughe/centripete perché il veicolo si muove in avanti e i palloncini fanno resistenza come per un oggetto rotante attaccato ad una fune.Una forza tira ed una è contraria lungo l'asse della fune e rotazionale verso il pavimento o soffitto del furgone.

  9. se la soluzione è qualcosa del genere...

    la risposta è NO...

  10. Arturo Lorenzo

    Io mi limito a comunicarvi di avere comprato un palloncino gonfiato con elio da una di quelle baracche che vendono giocattoli e di avere fatto la prova in auto. Signori, pur con le approssimazioni dovute agli spazi ristretti (la mia auto non è spaziosa come uno scuolabus) , il palloncino quando accelero va avanti e quando freno va indietro !  :-D  Tutto come da previsioni, invece, per il pendolino appeso.

     

  11. Daniela

    Lascia che te lo dica, Arturo, sei un mito!

    Il metodo sperimentale non fallisce mai, Galileo insegna!!

    :-D

  12. Daniela

    ...ma il severissimo prof. non si accontenterà e vorrà sapere il perché!  :-|  :mrgreen:

  13. Paolo salvini

    Mh... la prova sperimentale di Arturo Lorenzo smentisce tutti. me compreso. Allora forse, giusto per non voler buttare completamente a mare la mia teoria sull'effetto dell'aria interna al bus, mi verrebbe da spiegare la cosa con il differenziale di pressione.

    L'aria e' elastica e comprimibile, quando il bus accelera l'aria al suo interno si comprime verso la coda, cosi che sul palloncino ci sia una differenziale di pressione tra la faccia posteriore e quella anteriore, che lo spingera' in avanti, e questa forza evidentemente vince sull'inerzia.

  14. leandro

    Stante il fatto che accelerazione e gravità sono indistinguibili fisicamente, il fatto che in accelerazione l'aria si comprima posteriormente può essere interpretato come un aumento di gravità a cui è soggetto il palloncino verso il retro del camioncino.

    Un'altra affermazione , che io non ho capito completamente è che la pressione genera gravità ...... può essere?

     

    ps quando l'auto svolta avete sentito un soffio d'aria che vi sfiora? è proprio quella.

  15. Daniela

    Ieri, dopo aver ragionato sul quiz con mia figlia, cercando alcune informazioni utili in rete ed evitando accuratamente di leggere la soluzione su altri siti (ma, purtroppo, mio malgrado, l'ho "intravista") mi sono imbattuta sul concetto di "inerzia negativa" del palloncino, senza tuttavia riuscire a capire di cosa si tratta.

    Allora ho pensato che se l'inerzia della pallina la fa muovere all'indietro, potrebbe essere quella negativa del palloncino a farlo muovere in direzione opposta...

    Qualcuno ha capito di cosa sto parlando? Io no... :roll:

     

  16. Arturo Lorenzo

    Dani, ho dovuto inventare una scusa con il venditore di palloncini, meno male che non sa che la mia figlia più piccola ha già dodici anni...  :lol:

    Ad ogni modo, credo che abbia ragione Paolo, circa il differenziale di pressione. Non trovo altre giustificazioni al curioso comportamento del palloncino ad elio. A questo punto, sarebbe interessante rifare la prova con il portellone posteriore aperto...

     

  17. Daniela

    Beh, direi che ormai "ti sei incastrato" da solo e non puoi esimerti dal farla... attendiamo con ansia di conoscere l'esito dell'esperimento!

    :wink:

  18. cari tutti (e Arturo in particolare): perché non provate a usare un recipiente pieno  d'acqua, facendo in modo che rimanga una bolla d'aria nella parte superiore (magari anche solo una bottiglia). Poi acceleratela... Dove andrà la bolla? :mrgreen:

  19. Arturo Lorenzo

    Appena finito di provare con un barattolo di vetro pieno di acqua quasi completamente, così da lasciare un po' di volume libero per l'aria al suo interno. Messo in orizzontale, bolla in alto. Accelero il contenitore verso detsra, e la bolla va verso destra ! Idem verso sisnistra. Non contento, mi metto a girare velocamente su me' stesso con il contenitore in mano. La bolla si sposta verso di me , cioè verso il'asse di rotazione, e non verso l'esterno ! (ora mia moglie chiama il 118...) Insomma, adesso la bolla d'aria (più leggera dell'acqua) rappresenta l'elio (più leggero dell'aria) del palloncino e l'acqua nel barattolo rappresenta l'aria nell'autoveicolo. E' tutto chiaro. Nel barattolo l'acqua si sposta in direzione opposta all'accelerazione , e così facendo obbliga la bolla d'aria a spostarsi nella stessa direzione dell'accelerazione. Nell'auto accade la stessa cosa ma con protagonisti l'aria e l'elio. E' fluidodinamica. Aveva ragione Paolo.

    Farò la prova col portellone aperto, ma devo trovare un orario e una strada adatta epr fare una accelerata col portellone dell'auto aperto e un pallonico ad elio dentro. Abito in un paesino: paese piccolo la gente mormora....  :-D

  20. Arturo sei fantastico! Non solo sei bravissimo, ma hai un umorismo d'alta classe.

    Eh sì, è proprio così (accidenti avete risolto il quiz in un solo giorno... devo aumentare la difficoltà!). Paolo ci girava già attorno da tempo e anche Leandro c'era vicino. Ah quante "arie" si dà l'aria... solo perché va a riempire le parti posteriori della macchina, spingendo dalla parte opposta il palloncino così leggero! Sembra che dica: "Dai, pallone pieno di ... elio, lasciami il posto!".

    Insomma, anche l'aria ha la sua inerzia!

  21. Lampo

    Wooow...questo quiz mi ha fatto venire in mente una domanda che avevo fatto anni fa ad un sito in cui esperti rispondevano alle curiosità scientifiche della gente...avevo chiesto qualcosa del tipo "che accelerazione dovrebbe avere una macchina perché il conducente muoia soffocato per via dell'aria che si comprime nel retro della vettura"....ora vado a ricercarmela

     

     

  22. Arturo Lorenzo

    Una foto della mia esperienza in auto  :lol:

    e questo, invece, è il video:

    https://www.youtube.com/watch?v=bNs01QWEFd8

    Sinora ho provato con i finestrini laterali posteriori aperti, ma non cambia molto e inoltre, creandosi delle turbolenze d'aria, all'interno, non ritengo la prova attendibile. Devo provare con il portellone posteriore aperto. Teoricamente, aprire il portellone posteriore dovrebbe significare lasciare che l'aria all'interno, con l'auto in accelerazione,  non vada in compressione dietro e depressione avanti, perché essa defluirebbe fuori appunto dal portellone. Quindi, dovrei vedere un comportamento del palloncino significativamente diverso da quello che vedo con il portellone e i finestrini chiusi.

     

  23. Daniela

    Grazie Arturo!

    :-D :-D  :-D

  24. Arturo sei fantastico! Aspettiamo i risultati con trepidazione... 8-O

  25. Leandro

    Consiglio di provare con una semplice livella da muratore disposta nel senso del moto. Anche senza provare la bolla si dirigera' nel verso dell accelerazione. Una prova piu semplice, stante l equivalenza accelerazione_ gravita' e' sufficiente osservare che il pallocino vola nell atmosfera terrestre.

  26. caro Leandro,

    il nostro Arturo ha fatto la prova con una bottiglia quasi piena (con una bolla dentro), come puoi leggere in suo commento... :mrgreen:

     

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