Cilindro con zavorra
apparato per mostrare le proprietà del centro di massa
Numero di inventario:
Costruttore: DiFC, UniPa
Data di produzione: 2014
Materiali e componenti: legno, ottone
Dimensioni: raggio 45 mm, raggio fori 16 mm
Descrizione e caratteristiche fisiche
Il cilindro è di legno di raggio R = 45 mm e densità ρ = 0.5 kg/m^3 con due fori di raggio r = 16 mm, uno coassiale con il cilindro e l'altro decentrato di una distanza R/2. Sono usati due cilindretti di raggio r, uno di legno e l'altro di ottone (ρ = 8.5 kg/m^3 ), da usare come zavorra.
Notizie storiche e uso dello strumento
Il cilindro impiombato illustrato nella figura a lato è stato descritto nel 1855 dal fisico francese Pierre-Adolphe Daguin (1814-1884).
Inserendo il cilindretto di ottone nel foro centrale e quello di legno nel foro laterale il sistema si comporta in modo normale. Viceversa, inserendo il cilindretto di legno nel foro centrale e quello di ottone nel foro decentrato il sistema rimane in equilibrio sopra il piano inclinato, manifestando un comportamento apparentemente paradossale, ma che può essere spiegato per il fatto che in questo caso il centro di massa non coincide con il centro geometrico del cilindro consentendo al cilindro di rimanere in equilibrio sopra il piano inclinato.
Curiosità
Differenti culture hanno sviluppato giocattoli dalle caratteristiche simili, come l'okiagari-koboshi molto diffuso in Giappone e menzionato in un'opera teatrale del XIV secolo. Ancora più antico è il giocattolo cinese chiamato Budaoweng (il vecchio che non cade). La prima Nevalyashka fu portata in Russia dall'est, probabilmente dal Giappone, nel XIX secolo. In Italia è noto con il nome di misirizzi, che il più delle volte rappresenta una figura umana, diffuso almeno dal XVII secolo.
Il giocattolo se sbilanciato tende a ritornare in posizione eretta. La base del giocattolo, a forma a semisfera, contiene al suo interno un peso che tende, dopo aver fatto oscillare il giocattolo per alcuni istanti, a farlo ritornare nella posizione eretta. Ogni volta che il giocattolo viene sbilanciato, il peso collocato nella base sposta il centro di massa in alto, causando un'oscillazione del giocattolo e il successivo riposizionamento verticale.
Bibliografia & sitografia
Agliolo Gallitto A., Casula M., Cirrincione D., Fiordilino E., Mirabello F., Taormina F. (2015). Due 'paradossi meccanici' della Collezione Storica degli Strumenti di Fisica dell'Università di Palermo (arxiv.org/abs/1502.00306)
Daguin P. A. (1855). Traité élémentaire de physique théorique et expérimentale. T. E. Privat, Tome I, Parigi, pag. 84 (gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k91982q)
YouTube: Una lattina che sale, youtu.be/x4daQXiqS6E