Problema 1 - Testo

Volendo presentare la sua idea in un concorso scolastico, Luigi chiede a te di preparare una descrizione qualitativa e quantitativa del fenomeno fisico che determina la differenza di potenziale tra i poli £$A$£ e £$B$£, e calcolando il valore della costante elastica della molla che consente di produrre una tensione di frequenza pari a quella della rete domestica di £$50,0 \, \text{Hz}$£, nell’ipotesi che la massa £$m$£ abbia il valore £$2,0 \cdot 10^{-2} \, \text{kg}$£.

Valutare il valore massimo £$f_{max}$£ della forza elettromotrice indotta £$f_{e.m.}$£ che tale generatore produce nel caso £$a=1,0 \cdot 10^{-2} \, m$£, £$L=1,0 \cdot 10^{-1} \, m$£, £$B=0,30 \, T$£.

Tu non sei convinto che il generatore ideato da Luigi, una volta avviato, possa fornire per sempre energia elettrica ad una utenza, senza ulteriore apporto di energia; per capire meglio cerchi di ottenere energia dal generatore e colleghi la resistenza elettrica £$R$£, come mostrato in figura, tra i poli £$A$£ e £$B$£, misuri la differenza di potenziale tra i poli in funzione del tempo e ne tracci un grafico.

Che tipo di grafico ottieni?

Che tipo di moto ha la barretta e perché?

Come spiegheresti a Luigi cosa avviene dal punto di vista energetico e perché la sua idea non è poi così geniale come lui immagina?

Il problema propone un’applicazione dell’induzione elettromagnetica al fine di costruire un generatore di tensione alternata che sfrutti il moto armonico di una barretta metallica immersa in un campo magnetico. È possibile dimensionare il sistema al fine di ottenere una frequenza della tensione pari a quella domestica, ma l’azione frenante della forza magnetica fa sì che il sistema nel tempo smetta di funzionare. Anche in questo caso l’analisi del problema con l’ausilio di qualche figura o schema grafico può aiutare il ragionamento e lo svolgimento dell’esercizio.

Qui trovi gli argomenti da ripassare per affrontare al meglio il problema 1 della simulazione di fisica del 11 Marzo 2015:

• La forza elastica
• Il moto armonico
• La forza elettromotrice indotta e la legge di Faraday-Neumann
• La corrente indotta
• La forza di resistenza viscosa e il moto armonico smorzato
• Il lavoro di una forza e la potenza