Altri strumenti di misura - ITIS G. Galilei

Altri strumenti di misura
STRUMENTI PER MISURE DI FORZE
Altri strumenti di misura
Le forze, che sono le cause del moto dei
corpi, possono mettere in moto un corpo che si
trova in stato di quiete, modificare il movimento
di un corpo già in moto, o riportare un corpo che
è in movimento in stato di quiete.
Con riferimento alla legge di Hooke, secondo
cui la deformazione subita da un corpo è
direttamente proporzionale alla forza applicata,
se si sospende ad una molla ideale un peso
campione si ottiene un certo allungamento x,
mentre se alla stessa molla si sospendono due
pesi campione, uguali al precedente,
l’allungamento risulta uguale a 2x.
Utilizzando questa proprietà lineare delle
molle è possibile costruire degli strumenti di misura delle forze, detti dinamometri. Ogni volta che
un dinamometro si allunga, significa che ad esso è applicata una forza.
Dinamometro
La sua struttura è molto semplice poiché è costituito da una molla con una
scala graduata. La molla si distende in maniera proporzionale alla forza
applicata e visualizza l’intensità della forza su una scala. L’unità di misura
della forza indicata sulla scala può essere il kilogrammo, il newton o altre.
Utilizzando un dinamometro si ottiene una misura indiretta della forza, in
quanto la grandezza che viene misurata non è direttamente la forza, ma la
deformazione della molla contenuta nel dinamometro.
Un esempio di dinamometro a misura
indiretta è costituito da un cilindro
graduato, contenente una molla con
un’estremità libera; un gancio permette di
vincolare il sistema in modo rigido (per
esempio, a un soffitto), mentre all’estremità libera vengono
applicate le forze da misurare. Allo strumento deve poi essere
associata una scala graduata tramite un’operazione di taratura,
che può essere eseguita applicandovi forze peso note (in pratica,
appendendovi una serie di masse campione) e riportandone il
corrispondente allungamento.
Appunti dalle lezioni di “Scienze e Tecnologie Applicate” tenute dal prof. Di Cara Nicola 1

Altri strumenti di misura
STRUMENTI PER MISURE DI TEMPO E DI FREQUENZA
Qui ci si riferisce alla misura del tempo, inteso come “periodo”, impiegato da un corpo a
compiere un ciclo.
Indicando tale grandezza col simbolo T, il suo reciproco, 1/T, rappresenta il numero di periodi al
secondo, cioè la frequenza f, o meglio il numero di giri (cicli) che la grandezza compie in un
secondo.
L’unità di misura della frequenza (s -1 ) è detta hertz [Hz].
Esempio: se un corpo impiega T = 3 s a percorrere una circonferenza, vuol
dire che percorre 1/3 di circonferenza al secondo; se il corpo impiega T = 4 s a
percorrere una circonferenza, vuol dire che percorre 1/4 di circonferenza al
secondo ecc.
La frequenza di un corpo in movimento è pari a 1 [Hz] quando tale corpo
percorre 1 giro al secondo.
Uno strumento di misura utilizzato per effettuare la misura del tempo e della frequenza è
l’oscilloscopio.
Oscilloscopio
Lo strumento permette di
visualizzare su uno schermo un
segnale elettrico variabile nel
tempo.
Nel caso di un segnale
alternato, è possibile visualizzare la
forma dell’onda e rilevare perciò
l’ampiezza, il periodo e la
frequenza.
L’oscilloscopio è dotato di un
reticolo che facilita la misura del tempo, in quanto la forma dell’onda viene centrata verticalmente
rispetto all’asse orizzontale del reticolo tramite un apposito comando di posizione verticale.
Manovrando il comando di posizione orizzontale, si centra uno dei fronti dell’onda, il primo di
sinistra sullo schermo, con una delle linee verticali del reticolo (la più vicina come posizione). Si
contano quindi le divisioni e le frazioni di divisione di scala che intercorrono da sinistra a destra fra
due fronti di salita (o di discesa), come rappresentato nella figura. Il conteggio viene effettuato, in
orizzontale, lungo la linea centrale del reticolo, lungo la quale si è centrata la forma dell’onda. Il
valore del tempo si ottiene moltiplicando la distanza così misurata per il fattore scala rappresentato
dal valore di tempo scelto mediante l’apposito commutatore.
Esempio: si misurano sul reticolo dell’oscilloscopio 3,3 divisioni
il fattore scala sia di 0,2 [m s] (millisecondi)
Il tempo, misurato direttamente, risulta:
T = 3,3 · 0,2 = 0,66 [m s] (millisecondi)
Indirettamente, tramite calcolo, è possibile ricavare la misura della frequenza, partendo dalla
misura del periodo di un’onda.
Esempio: se il periodo è T = 0,66 [m s], la frequenza risulta:
f = 1/T = 1 / (0,66 · 10 -3 ) = 1515 [Hz]
Appunti dalle lezioni di “Scienze e Tecnologie Applicate” tenute dal prof. Di Cara Nicola 2

Altri strumenti di misura
STRUMENTI PER MISURE ACUSTICHE
Il suono è una successione di compressioni e di rarefazioni dell’aria, che vengono percepite
dall’orecchio umano come variazioni di pressione sulla membrana del timpano.
Il suono si propaga con velocità diverse a seconda del materiale. Per esempio, nell’acciaio è
circa 5 200 [m/s], nell’aria è circa 344 [m/s]. In generale, il suono si propaga più velocemente nei
materiali che possiedono elevata elasticità e bassa densità. La velocità del suono aumenta con
l’innalzamento della temperatura.
L’orecchio umano ha la capacità di percepire suoni aventi frequenza tra 30 e 20 000 [Hz].
La figura seguente rappresenta l’onda del suono, che ha andamento sinusoidale, con base il
tempo o la lunghezza.
L’orecchio umano percepisce la variazione di ampiezza tra un picco
positivo e quello successivo negativo. Al picco positivo corrisponde lo stato di
compressione delle particelle d’aria, mentre al picco negativo si associa la
condizione di rarefazione delle stesse. L’asse delle ascisse rappresenta la
condizione di riposo.
La pressione acustica, o pressione sonora, è la pressione rilevata
dall’orecchio umano sul timpano. Essa varia con la distanza dalla sorgente del
rumore ed è influenzata anche dalla capacità della stanza di assorbire o
riflettere le onde sonore.
Fonometro
Il fonometro è uno strumento portatile elettronico che reagisce al suono in
maniera simile a quella dell’orecchio umano.
Nello strumento, la pressione sonora viene tradotta in un corrispondente
segnale elettrico, a sua volta pesato con un particolare filtro.
Appunti dalle lezioni di “Scienze e Tecnologie Applicate” tenute dal prof. Di Cara Nicola 3