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È possibile simulare il funzionamento di un'altalena utilizzando Scratch.

Fare oscillare un'altalena (vera) è un gioco da bambini.

I bambini più piccoli devono essere spinti dall'esterno, i più grandi imparano a spingersi da soli dall'interno del sistema.

Con Scratch è stata realizzata una simulazione:

se si preme [tasto su] quando l'altalena passa per il punto più basso e si preme [tasto giù] quando si trova all'estremità più alta, loscillazione viene amplificata.

Per quale motivo si riesce a fare amplificare l'oscillazione dell'altalena visto che si spinge dall'interno della stessa?

 

La domanda ha senso.

Se si è dentro una barca e si prova a spingere contro il bordo per farla andare avanti, si constata che non succede nulla.

In effetti se con la mani si spinge sul bordo accade che con i piedi si spinge sul fondo ma dall'altra parte: dato che le due forze sono uguali ed opposte, la risultante è nulla ed il movimento della barca non si modifica.

Si può pensare che la stessa cosa possa accadere con un'altalena ma non è così perché in questo caso vengono cambiati i parametri dell'oscillazione.

Così è con "l'altalena russa" caratterizzata dall'avere aste rigide da un lato solidali con la base di appoggio e dall'altro lato imperniata ad un sostegno fissato al terreno.

Per capire si consideri che il pendolo si muove come un'altalena.

In questo video si vede un esperimento condotto su di un pendolo

 

In esso si vede che si riesce ad amplificare l'oscillazione accorciando ed allungando periodicamente la corda.

Questa è una modalità di produzione della spinta dall'interno dell'altalena (vedivideo3completo) e si basa sulla modificazione dei parametri del pendolo.

È la conservazione del momento della quantità di moto che provoca l'amplificazione dell'oscillazione:

- sul punto basso l'asta viene accorciata (nota 1) per cui il momento di inerzia diminuisce e di conseguenza deve aumentare la velocità angolare

- con la velocità aumentata l'altalena salirà più in alto;

- sul punto più alto l'asta viene allungata ma in quella posizione la velocità angolare è nulla e non si ha modificazione del momento angolare;

- resta la maggiore altezza dovuta alla maggiore velocità acquistata nel punto più basso.

 

L'energia da dove arriva?

Per accorciare l'asta occorre spostare in alto una massa contro la forza centrifuga e contro la forza peso e, di conseguenza, occorre fare del lavoro che si trasforma in aumento dell'energia cinetica in basso ed in aumento dell'energia potenziale in alto.

I bambini però non lo sanno e si divertono lo stesso.

Gli adulti invece, ora, lo sanno e capiscono perché, alla lunga, con l'altalena ci si stanca.

 

Una spiegazione molto estesa è disponibile in questo articolo link3.

Un 'altra spiegazione è reperibile a quest'altro articolo link3 tradotto parzialmente in questo articolo:

L'argomento è stato trattato estesamente nel libro ePub "Fisica: dinamica 2 con Scratch"nel qual si arriva a simulare il comportamento di un pendolo utilizzando le equazione della dinamica di Newton implementate negli script di Scratch.

 

Note

nota 1: il baricentro viene spostato verso il centro di rotazione

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