BASIC EXPERIMENTS
WITH SMARTPHONES


MISURA DELL'ATTRITO STATICO CON L'ACCELEROMETRO

Note e misure a cura di Elisabetta Porta e Valentina Raspagni
(Liceo Classico Carducci, Milano) - Giugno 2016

[Alternanza scuola-lavoro al Dipartimento di Fisica di Milano Bicocca]


Aggiornamento informazioni e software per real-time graphics (by TTdF)

Materiale occorrente:

  1. un'asse di legno;
  2. uno smartphone;
  3. diversi materiali per modificare l'attrito tra asse e smartphone; ad esempio:
    • una cover di plastica;
    • una cartelletta trasperente di plastica;
    • un foglio di carta liscio.

Procedimento:

  1. installare l'app "Accelerometer Meter" e accedervi;
  2. posizionare lo smartphone su un estremo dell'asse di legno posta orizzontalmente;
  3. selezionare l'opzione "Graph" e controllare che siano attivate X, Y, Z;
  4. sollevare lentamente l'asse fino a quando lo smartphone non comincia a muoversi;
  5. trascrivere le componenti X, Y, Z dell'accelerazione gravitazionale del telefono cellulare nell'istante appena precedente l'inizio dello scivolamento;
  6. poiché   Fatts ≤ μsN   (dove N è la reazione normale al peso)
             Fmax = mgsinθmax
                N = mgcosθmax
                             ↓
           mgsinθmax = μsmgcosθmax
                             ↓
                   μs = tgθmax

    calcolare la tangente nel seguente modo:
    Mountain View

Esperimenti e risultati:
  1. < μs > = 0.493 +/- 0.011 con cover di plastica
  2. < μs > = 0.429 +/- 0.013 senza cover
  3. < μs > = 0.409 +/- 0.011 con una cartelletta di plastica sull'asse di legno
  4. < μs > = 0.597 +/- 0.012 con un foglio di carta sull'asse


TTdF - Aggiornamento 13/09/2016 - Software per il tracciato della misura in tempo reale

Visti i risultati positivi del lavoro svolto da E.Porta e V.Raspagni, ho scritto poche linee di codice Python che consentono la visualizzazione dei dati e il calcolo del coefficiente di attrito statico in tempo reale, con le App Wireless IMU o Sensorstream IMU+GPS (Wireless IMU+GPS stream, la versione in italiano).

Il codice (staticFrictionPlot.py) calcola, campione per campione, il valore della tangente dell'angolo di inclinazione del piano (tg(theta) = abs(ay/az)) e il massimo valore registrato nella serie di dati. In tempo reale vengono disegnati in funzione del tempo i valori di entrambe le variabili. Fino a che il piano viene inclinato e il cellulare non scivola, le due curve salgono assieme. Quando il cellulare inizia a scivolare, il grafico del valore massimo di tg(theta) si stabilizza, mentre il valore di tg(theta) ha una discontinuit&agreve; improvvisa e crolla a valori inferiori. Il valore massimo viene stampato a schermo e fornisce la misura di mus.

Esempio di tracciato:



[Per il successo della misura bisogna aver cura di abbassare l'inclinazione del piano dolcemente, dopo che il cellulare ha iniziato a scivolare. Altrimenti può subire scossoni che possono dare valori spuri di tan(theta_max). Un po' di pratica è sufficiente a chiarir questi aspett.]