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Chi usa abitualmente un oscilloscopio, sorriderà leggendo quello che segue, ma poichè questa rubrica è dedicata a ragazzi che si suppone non dispongano di un oscilloscopio, penso che quanto segue li incuriosirà
CURVE DI LISSAJOUS
Cosa sono e come realizzarle
L'oscilloscopio è lo strumento ideale per rappresentarle, sono curve armoniche ottenute collegando due generatori di onde sinusoidali agli ingressi orrizontali e verticali dello strumento.
Noi che non abbiamo l'oscilloscopio useremo il movimento di due pendoli disposti uno sopra l'altro,
quello superiore durante il suo movimento lascia cadere una traccia che viene
raccolta su di una tavola appesa al pendolo inferiore.
Il movimento dei due pendoli è perpendicolare l'uno all'altro.
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Qui di seguito vi suggerisco come realizzare i due pendoli. |
Pendolo Singolo Cominciamo con il pendolo che lascia la traccia. |
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Le immagini qui sotto, servono a chiarire meglio il concetto: ![]() ![]() ![]()
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Pendolo doppio
Adesso passiamo al pendolo che raccoglie la sabbia.
Invece di far cadere la sabbia su di un foglio, la facciamo cadere su di una
tavola che è a sua volta appesa ad un pendolo, il movimento di questo pendolo
è perpendicolare a quello che fa cadere la sabbia, vale a dire, mentre il
movimento di uno, va da destra a sinistra, il movimento dell'altro, va avanti
e indietro, in questo modo le due oscillazioni formano una specie di croce.
Le immagini qui sotto, servono a chiarire meglio il concetto:
Il pendolo superiore si muove dalla tua sinistra
alla tua destra, mentre quello inferiore va avanti e indietro verso di te.
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Il movimento simultaneo
Il movimento simultaneo dei due pendoli darà origine a delle curve che potranno essere molto complesse,
la loro forma dipenderà dalla sincronizzazione dei tempi e dalla fasi delle
loro oscillazioni.
Se il tempo di una oscillazione completa è identico nei due pendoli, sulla
tavola appesa al pendolo inferiore si verrà a formare un cerchio, se il tempo
di oscillazione del pendolo che lascia la traccia è doppio, si avrà un doppio
cerchio schiacciato lateralmente, tanto da sembrare un 8 sdraiato, se il tempo
impiegato, sempre dallo stesso pendolo è triplo, si avrà un triplo cerchio etc,
ad ogni raddoppio del tempo, i cerchi aumentano e diventano sempre più schiacciati.
Le immagini qui sotto, servono a chiarire meglio il concetto:
A tempi uguali un cerchio, ad
ogni raddoppio, cerchi sempre più stretti in più.
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Tempi diversi
Amettiamo che il tempo di oscillazione del pendolo inferiore, quello che raccoglie
la sabbia, sia di 100 centesimi di secondo, mentre il tempo di quello che lascia
cadere sia di 50 oppure 150, o 250 centesimi, il disegni che si avranno, saranno
rispettivamente una specie di mezzo cerchio, un cerchio e mezzo, e due cerchi e mezzo,
in breve se il tempo del pendolo superiore è la metà oppure una volta e mezza
o due volte e mezza, avremo, un mezzo cerchio, un cerchio e mezzo, due e mezzo etc,
avremo cioè una curva che sembra aperta da un lato.
Le immagini qui sotto, servono a chiarire meglio il concetto:
Con tempi che
sono diversi del 50%, 150%, 250%, 350%, etc
avremo cerchi apparentemente sempre aperti.
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Tempi diversi di un multiplo del 20%
Se i tempi del pendolo superiore varia di 20%, un 40%, un 60%, etc. in più, del
pendolo inferiore, avremo delle figure come le prime due qui sotto a sinistra,
la prima è del 20% in più, la seconda del 80% in più, come vedi, più aumenta
il tempo di oscillazione di un multiplo del 20%, più s'infittiscono le righe.
Nell'ultima immagine a destra,
puoi vedere una simulazione di cosa succede, se i due pendoli, a causa dell'attrito, perdono
la loro spinta: I due pendoli muovendosi in tempi uguali,
dovrebbero disegnare un cerchio, l'abbiamo visto all'inizio, ma poichè
l'ampiezza della loro oscillazione diminuisce con il diminuire
della spinta, si hanno cerchi sempre più
stretti, fino all'arresto dei pendoli in centro al cerchio.
Le immagini qui sotto, servono a chiarire meglio il concetto:
nella prima
immagine a sinistra, la differenza dei tempi è del 20% in più, nella seconda immagine
la differenza è dell'80% in più, la terza è la simulazione del movimento dei due
pendoli che a causa dell'attrito, perdono la loro spinta.
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Cliccando qui potrai interagire attraverso un applet con due pendoli virtuali.
ANIMAZIONE
Finora ho parlato dei tempi di oscillazione, ora palerò della sincronizzazione:
Le immagini che hai visto finora sono state ottenute facendo partire i pendoli
con la seguente sincronizzazione.
Prima parte da una estremità del percorso di oscillazione
il pendolo inferiore, (quello che raccoglie la sabbia) quando la tavola è giunta al
centro del percorso della sua oscillazione di andata, si lascia partire il pendolo superiore,
(quello che lascia cadere la sabbia), in questo modo si ottengono i disegni
visti finora, è bastato variare i tempi di oscillazione dei pendoli. (per farlo basta variare la
lunghezza dei pendoli, più un pendolo è lungo, più l'oscillazione è lenta.)
Quelli che vedrai qui sotto sono disegni ottenuti variando la sincronizzazione
di partenza del pendolo superiore.
Ho diviso il percorso dell'oscillazione in dieci
segmenti e per ognuno ho ottenuto un disegno diverso, in pratica il primo disegno
si ottiene partendo dall'estrema destra dell'oscillazione del pendolo superiore e con un
tempo doppio del pendolo inferiore, abbiamo così una specie di 8 sdraiato,
l'abbiamo già visto all'inizio.
Con il secondo disegno abbiamo sempre
lo stesso tempo di oscillazione, ma invece di farlo partire dall'estrema destra,
lo facciamo partire dopo il primo dei dieci segmenti in cui avevo
diviso il percorso del pendolo, il terzo disegno l'ho ottenuto partendo
dal terzo segmento, così di seguito fino al decimo disegno, li ho messi
in sequenza, ed ho ottenuto l'animazione che puoi vedere qui sotto.
Naturalmente tutti i disegni che vedi sono stati ottenuti grazie
al computer, con il mio programma si può variare i tempi di oscillazione
e sincronizzazione, che sarebbe quasi impossibile, reallizzare dal vero,
AVVISO: CON I SUGGERIMENTI CHE TI HO DATO PER LA COSTRUZIONE DEI
PENDOLI, POTRAI REALIZZARE DISEGNI MOLTO
GROSSOLANI E IMPRECISI E CON NOTEVOLE DISPENDIO DI TEMPO.
LA MAGGIOR PARTE DEI SUGGERIMENTI LI HO TROVATI SU
( SCIENZA -enciclopedia
tecnica e scientifica- fratelli Fabbri Editori.)
MA POICHE' LA MANUALITA' NON E' IL MIO FORTE, HO REALIZZZATO UN PROGRAMMA
CHE SIMULASSE IL TUTTO.
Cliccando qui,
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PUOI SCARICARE Il PROGRAMMA GRATIS.