Il pendolo di galileo spiegato ai bambini
Tipi di pendolo
Vincenzo Galilei (nato il 3 aprile 1520 a Santa Maria a Monte, Italia, morto il 2 luglio 1591 a Firenze, Italia) è stato un liutista, compositore e teorico musicale italiano. Tra i suoi figli figurano l'astronomo e fisico Galileo Galilei e il virtuoso del liuto e compositore Michelagnolo Galilei. Vincenzo fu una figura di spicco nella vita musicale del tardo Rinascimento e contribuì in modo significativo alla rivoluzione musicale che segna l'inizio dell'epoca barocca.
Nello studio dell'intonazione e della tensione delle corde, Galilei produsse forse la prima descrizione matematica non lineare di un fenomeno naturale che la storia conosca.[1] Alcuni gli attribuiscono il merito di aver indirizzato l'attività del figlio lontano dalla matematica pura e astratta e verso la sperimentazione con descrizione matematica quantitativa dei risultati, una direzione importante per la storia della fisica e delle scienze naturali.
Nacque nel 1520 a Santa Maria a Monte, Pisa, Toscana[2] e iniziò a studiare il liuto in giovane età. La madre era originaria di San Vincenzo, vicino a Livorno.[3] Poco prima del 1562 si trasferì a Pisa, dove il 5 luglio sposò Giulia Ammannati, di famiglia nobile. Galileo Galilei era il maggiore di sei o sette figli; un altro figlio, Michelagnolo, nato nel 1575,[4] divenne un abile liutista e compositore.
Come si spiega un pendolo a un bambino?
Nella sua forma più semplice, il pendolo è un peso che pende dall'estremità di un filo o di una corda. Un'estremità del filo è fissata a un punto fisso. Il peso, chiamato bob, è appeso all'altra estremità. Se una persona tira indietro il filo e lo lascia andare, il pendolo oscilla liberamente.
Che cos'è il pendolo in parole semplici?
Un pendolo è un corpo sospeso da un punto fisso che può oscillare avanti e indietro sotto l'influenza della gravità. L'intervallo di tempo del movimento completo avanti e indietro di un pendolo è costante.
Esperimento del pendolo di Galileo
Gli studenti esplorano come funzionano i pendoli e perché sono utili nelle applicazioni quotidiane. In un'attività pratica, sperimentano la lunghezza della corda, il peso del pendolo e l'angolo di rilascio. In un'attività di alfabetizzazione associata, gli studenti esplorano il concetto meccanico di ritmo, basato sul principio dell'oscillazione, in un contesto biologico e culturale più ampio: nella danza e nello sport, nella poesia e in altre forme letterarie e nella comunicazione in generale.
Gli ingegneri sanno che capire la fisica del comportamento dei pendoli è un passo importante per comprendere tutti i tipi di movimento. Molti altri oggetti si muovono regolarmente avanti e indietro come i pendoli, come un peso che rimbalza su una molla e il movimento avanti e indietro delle onde radio. Oltre a utilizzare i pendoli negli orologi, gli ingegneri li usano per rilevare i terremoti, misurare la velocità di volo di un proiettile, aiutare gli edifici a resistere alle scosse sismiche e aiutare i robot a bilanciarsi. Nella capitale di Taiwan, il grattacielo Taipei 101 ha un pendolo gigante di 726 tonnellate sospeso all'88° piano per contrastare i venti, ridurre l'oscillazione dell'edificio e tenere a bada il mal d'auto.
Pendolo oscillante
Una delle prime biografie di Galileo descrive il suo famoso esperimento, che consisteva nel far cadere sfere di ferro di peso diverso dalla cima della famosa torre pendente di Pisa. Galileo cercava di dimostrare che tutti gli oggetti cadevano alla stessa velocità, indipendentemente dal loro peso. Come ricorderete dall'attività #14, anche i pendoli non erano influenzati dal loro peso; l'unico modo per modificare la durata dell'oscillazione di un pendolo era cambiare la lunghezza della corda che lo reggeva.
Il modello scientifico di Aristotele affermava che le cose cadevano sulla Terra perché "volevano raggiungere il loro luogo naturale" e che più un oggetto era pesante, più velocemente sarebbe caduto. Sebbene sia semplice fare l'esperimento che fece Galileo, pare che Aristotele non l'abbia mai fatto. La fama di Aristotele era tale che nessuno mise seriamente in discussione le sue affermazioni per oltre 2.000 anni. L'esperimento di Galileo ci mostra l'utilità di raccogliere dati osservativi accurati e di confrontarli con le previsioni dei modelli scientifici. È proprio questo il meccanismo attraverso il quale la scienza corregge i propri errori.
La scoperta del pendolo di Galileo
Il video qui sotto mostra 15 pendoli che oscillano dalla stessa barra. Sebbene i pendoli vengano rilasciati nello stesso momento, oscillano a velocità diverse. Questo crea l'effetto visivo di un'onda. Se ci si concentra su un pendolo alla volta, si può notare che ogni pendolo oscilla in realtà avanti e indietro con un movimento costante.
In laboratorio abbiamo modellato un'altalena da parco giochi creando un semplice pendolo da una corda con un peso attaccato all'estremità. Come classe, ci siamo chiesti: in che modo il periodo di un pendolo dipende dal peso, dall'angolo di rilascio e/o dalla lunghezza della corda?
All'inizio del 1600, Galileo notò il movimento oscillante di un lampadario nella cattedrale di Pisa. Osservando il lampadario e cronometrandone le oscillazioni, Galileo scoprì che ogni oscillazione del pendolo richiedeva la stessa quantità di tempo, anche se l'angolo delle oscillazioni cambiava (si noti che le oscillazioni normali di un lampadario sono molto inferiori a 20°!).
Nel 1657, Christiaan Huygens, uno scienziato olandese, utilizzò le scoperte di Galileo per brevettare il primo orologio a pendolo. Prima di allora, gli orologi erano precisi solo entro un intervallo di 15 minuti, ma l'orologio a pendolo di Huygens era preciso entro 15 secondi.