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SCHEDA

la bilancia


EXPERIENCE DETAIL

The balance

a cura di Armando

MAGNETISMO e GRAVITA'

Un caso di azione e reazione


Utilizziamo una bilancia a due piatti; attraverso una sua finestrella centrale si vedono due indicatori: quello a livello piu' basso indica che il piatto dalla sua parte ha carico maggiore. All'equilibrio gli indicatori sono quindi allo stesso livello.

Disponiamo su un piatto, un avvolgimento di filo elettrico (bobina) con adeguati supporti, e sull'altro piatto, il contrappeso equivalente.
La bobina viene percorsa da una notevole corrente (circa 1 ampere) quando si preme su un pulsante, che la connette all' alimentazione (circa 50 volts).

Prima parte
Verifichiamo che, accendendo l'alimentazione della bobina, il sistema rimane in equilibrio :
la bobina e' sufficientemente lontana , per cui il campo magnetico che essa produce, quando alimentata, non altera il funzionamento della bilancia, (come potrebbe succedere, per esempio, attraendo eventuali suoi componenti ferromagnetici, cioe' fatti di materiale sensibile a tale campo).

Seconda parte
Ad alimentazione spenta, inseriamo nella cavita' della bobina un nucleo di ferro del peso di di 1 kilogrammo e ripristiniamo l'equilibrio adeguando il contrappeso sull'altro piatto: fig.1

Accendiamo l'alimentazione:
il nucleo di ferro si solleva e rimane sospeso senza agganciarsi alla bobina: fig.2
il suo peso non grava piu' sul piatto, ma la bilancia segna ancora l'equilibrio !

Quali sono le forze in gioco ?

La bobina , tramite il campo magnetico che genera, bilancia il peso del nucleo.
A questa azione della bobina sul nucleo corrisponde una reazione del nucleo sulla bobina uguale e contraria che si somma al peso della bobina.
Conseguentemente, la forza che grava sul piatto rimane la stessa !

Terza parte
Un'osservazione sulla Conservazione della quantita' di moto.

Ripetendo piu' volte l'esperimento, si osserva sistematicamente che durante il sollevamento del nucleo, il piatto corrispondente si abbassa, per poi recuperare la condizione di equilibrio.
Possibile interpretazione:
durante il sollevamento, il nucleo ha una quantita' di moto diretta verso l'alto: per legge di conservazione , cio' comporta che qualcos'altro si muova verso il basso; il piatto che sostiene il sistema bobina,nucleo e sostegni si abbassa, dando apparentemente l'indicazione di un peso maggiore.
(Un'interpretazione piu' esauriente dovrebbe considerare l'intero sistema della bilancia con i carichi e l'appoggio sul tavolo: il suo funzionamento e' relativamente semplice quando, come previsto nella sua costruzione, esegue valutazioni in "condizioni di equilibrio").

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fig. 1
fig. 2




MAGNETISM AND GRAVITY

An example of action and reaction


We will use two scales. Each has an indicator that we can see through a small window and that will let us know when an object on one side of the scale is heavier than the other or when the scale is balanced.
On one side of a scale, we support a coil of wire, and we place an equivalent counterweight on the other side.
The coil of wire is connected to a switch and a power supply (around 50 Volts). When we activate the switch, considerable current (about 1 Amp) flows through the coil.

First part
First we verify that when current flows through the coil, the system remains balanced:
The magnetic field produced by the current flowing through the coil could potentially affect the scale by attracting its magnetic components; however, the coil is far enough away that this does not happen.

Second part
When the power is off, we insert a one kilogram iron bar into the hollow coil. To restore the balance, we add the appropriate counterweight to the pan on the other side of the scale. (Figure 1)
When we close the switch, the iron bar moves upwards into the coil. (Figure 2)
The bar is no longer touching the scale, but the scale remains balanced!
Which forces come into play ?

The coil, through the magnetic field it produces, exerts a force on the iron bar, and this force balances the bar's weight..
For this action of the coil on the bar, there is a corresponding reaction of the bar on the coil.
This reaction force is equal and opposite to the action force and it has same value as the weight of the coil.
Consequently, the force on the pan remains the same !

Third part
Thinking about the conservation of momentum,
if we repeat the experiment several times, we notice that as the iron bar moves upwards, the scale pan moves down and then recovers back to the balanced position.
A possible interpretation is that during the bar's upward motion, it has upward momentum.
The law of conservation of momentum would suggest that something else must be moving downward-the pan on that side of the scale. If this happened, the scale should indicate a heavier load on that side.
However, a more exhaustive interpretation would consider the total system of the whole scale, including both pans and their loads, plus take into account that the scale sits on a table. Despite this, when operated in a balanced condition, as in normal use, the functioning of the scale is relatively straightforward.


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