Qui ho tre palline: una da golf, una di gomma del tipo “rimbalzante” e una da biliardino. Se le lascio cadere sul pavimento tutte dalla medesima altezza, quale rimbalzerà più in alto?
La palla di gomma?
Proviamo. In effetti tutte e tre le palline rimbalzano piuttosto bene, ma la vincitrice è quella da biliardino.
Ora prendo una pallina di plastilina. A che altezza rimbalzerà?
Ci prende in giro? Non rimbalzerà affatto! Si spiaccicherà sul pavimento.
Giusto. Quindi succede qualcosa di diverso nell'urto con il pavimento. Che cosa?
Si spiaccica!
Cioè?
Cambia forma schiacciandosi sul pavimento.
In realtà anche le altre tre palle si schiacciano durante l'urto, ma hanno la capacità di riprendere la forma originale.
Allora è in questo modo che rimbalzano! Riprendendo la forma che avevano prima dell'urto, spingono sul pavimento fino a saltare.
Esatto! Ma anche questa volta l'attrito si mette di mezzo. Le palline si scaldano e il rimbalzo è meno alto di quello che dovrebbe.
Allora la pallina di gomma rimbalza meno di quella da golf e di quella da biliardino perché si deforma di più e quindi si scalda maggiormente a causa degli attriti.
E se non ci fossero gli attriti, dove arriverebbe la pallina?
Tornerebbe indietro esattamente nel punto da cui l'abbiamo lasciata cadere.
È quello che penso anch'io.
Così abbiamo due leggi di conservazione: il pendolo torna al punto da cui viene lanciato e anche la palla rimbalzante torna al punto da cui viene lasciata.
È un'unica legge o sono due fenomeni diversi?
Hai colto il punto: è il momento di buttarci e fare una congettura: ipotizziamo che si tratti della stessa legge di conservazione. Diamo anche un nome alla quantità che si conserva: la chiamiamo energia meccanica.
Come argomento a supporto, vediamo un video: https://youtu.be/L2mdAvdPhT4
Un pendolo e una pallina vengono lasciati a velocità zero dalla medesima altezza. Una “speed trap” ci permette di misurare le velocità dei due oggetti quando sono scesi ad una quota più bassa. Scopriamo che le due velocità, pur essendo dirette in maniera differente, hanno lo stesso valore numerico.
Consideriamo un pendolo: portiamo il peso fuori dalla posizione di equilibrio e lasciamolo andare, senza imprimergli alcuna spinta. Il pendolo, dopo un'oscillazione, tornerà (quasi) alla posizione di partenza.
Come fa il pendolo a "ricordare" l'altezza dalla quale è stato fatto partire?
Deve esistere una quantità, che dipende almeno dalla posizione e dalla velocità del pendolo, che conserva questa informazione.
L'oggetto del nostro esperimento sarà la ricerca di questa quantità in un oscillatore verticale.