Velocità 101: le corse in moto come laboratorio di fisica del mondo reale

 Velocità 101: le corse in moto come laboratorio di fisica del mondo reale

Leslie Miller

Una moto da corsa da Gran Premio è molte cose: la più impressionante è una meraviglia dell'ingegneria che costa centinaia di migliaia di dollari per essere sviluppata e costruita, e una delle macchine più veloci su ruote, capace di raggiungere velocità superiori a 210 miglia orarie e di mantenere la presa sulla strada con angoli di piega di 60 gradi o più.

Freddie Spencer, leggendario campione di Gran Premio degli anni Ottanta e ora "decano" della Freddie Spencer's High Performance Riding School di Las Vegas, la mette così: "Le gare di motociclismo sono un vero e proprio laboratorio di fisica dove la penalità per le risposte sbagliate è molto più drammatica di un brutto voto".

Guarda anche: 6 risorse gratuite per gite virtuali Credito: Fiat Yamaha Team 1. Gravità: il pilota sposta il peso nella curva per aiutare la moto a cambiare direzione e abbassare il suo centro di gravità. Credit: Fiat Yamaha Team 1. Gravità: il pilota sposta il peso nella curva per aiutare la moto a cambiare direzione e abbassare il suo centro di gravità.

2. Energia cinetica:

In velocità su un rettilineo, l'energia di una moto è diretta in avanti.

3. Prima legge del movimento:

Newton affermò che un corpo in movimento persiste in una linea retta a meno che non sia costretto a cambiare.

4. Termodinamica:

Rallentare la moto da una velocità elevata per affrontare curve strette provoca un accumulo di calore nei freni e può ridurne l'efficacia.

5. Forza centrifuga:

Nelle curve veloci, l'angolo di piega e il movimento in avanti contrastano la potente trazione verso il bordo esterno della pista.

6. Attrito:

La speciale mescola di questi pneumatici arrotondati consente la trazione sull'asfalto anche con angoli di piega di 60 gradi e oltre.

Secondo Charles Falco, titolare della cattedra di fisica della materia condensata dell'Università dell'Arizona e co-curatore della mostra del Museo Guggenheim L'arte della motocicletta La prima lezione di fisica che si impara guardando una moto da corsa sfrecciare in una curva stretta è la prima legge del moto di Newton: "Ogni oggetto persiste nel suo stato di riposo o di moto uniforme in linea retta a meno che non sia costretto a cambiare tale stato da forze impresse su di esso", spiega Falco. Per un pilota, questo significa che più una moto va veloce, meno vuole girare.

Convertire l'energia cinetica di una bicicletta da un percorso rettilineo a una svolta richiede una negoziazione con la fisica in un paio di modi. In primo luogo, il pilota spinge il manubrio leggermente lontano dalla direzione della svolta. Poiché le ruote agiscono come giroscopi, questo controsterzo spinge la bicicletta nella direzione opposta (verso la svolta), il che mette i pneumatici in un angolo, restringendo quello che gli ingegneri chiamano l'area di contatto.e rendendo la bicicletta più facile da girare.

L'angolo di piega della moto sposta il baricentro lateralmente, facendo ruotare la moto, mentre la ridistribuzione del peso fa sì che la moto rimanga leggermente più eretta.Nel punto di massima inclinazione necessario per affrontare una curva alla massima velocità possibile, la forza centrifuga vuole staccare la moto dalla strada.e il pilota usa la trazione, la gravità e lo slancio per rimanere in gioco.

Per spiegare perché la macchina si muove, Falco si appella alla seconda legge del moto di Newton: una forza applicata a un oggetto ne provoca l'accelerazione. "Questo accadrà finché il pilota non esaurirà la pista o finché altre forze non diventeranno non trascurabili, come la resistenza del vento", spiega Falco.

Su alcuni circuiti, le moto da Gran Premio che si avvicinano alle curve strette devono rallentare da più di 200 mph a circa 40 mph. L'attrito sui freni (soprattutto quelli anteriori) rende questo possibile. "Tutta l'energia in eccesso deve essere dissipata dai freni sotto forma di calore", dice Falco, richiamando così la legge di conservazione della materia e dell'energia. Una parte di questo calore viene trasferita ai freni idraulici.Gli ingegneri utilizzano materiali ceramici dell'era spaziale per evitare questo problema e i motociclisti diventano abili nel salire e scendere rapidamente dai freni.

Guidare con successo una moto da corsa è un po' come pagare le tasse: si vogliono rispettare le regole il più possibile senza infrangerle. C'è una linea molto sottile tra una curva ottimale e un incidente, dove le forze verso l'esterno, verso il basso e in avanti si bilanciano con precisione. Ma le regole sono regole. "Parlando a nome dei fisici di tutto il mondo", dichiara Falco, "nulla di ciò che accade su una moto infrange le leggi della fisica".In effetti, le motociclette sono esempi eccellenti di come la fisica funzioni bene".

Fisica, divertimento? Oh, sì!

La fisica è un divertimento per i fisici, ma alcuni studenti, a dir poco, non si appassionano immediatamente alla materia. Un buon modo per superare le resistenze è quello di mostrare agli studenti il ruolo diretto che la fisica gioca nella loro vita e nei loro interessi, e le ricche risorse presenti su Internet lo rendono facile. Ecco, per iniziare, una selezione di siti web e video garantiti per portare la fisica nella vostra classe in modiche sarà divertente e affascinante.

Come lanciare una palla curva

Questo breve e semplice tutorial, "Thrown for a Curve", proviene dall'Exploratorium, lo splendido museo di San Francisco che si autodefinisce "museo della scienza, dell'arte e della percezione umana", e suggerisce persino come rendere questa attività sicura (quasi) per la classe: "Abbiamo scoperto che è molto più facile lanciare questi tiri e osservare i risultati lanciando una palla di polistirolo".

Guarda anche: Identificare e sostenere gli studenti con disprassia

Per creare il video conciso di 105 secondi How to Throw a Curveball, il sito web interattivo Fugu.com si è avvalso della collaborazione di Marc McDonnell, di AllStar Dugout, un centro di formazione per il baseball e il softball. McDonnell spiega in modo così chiaro la tecnica di lancio che anche un fisico può padroneggiarla.

La videoteca online gratuita How to Throw a Curveball (Come lanciare una palla curva) di ViewDo.com è una buona e chiara dimostrazione della palla curva. Osservate la sequenza al rallentatore alla fine, che permette agli studenti di osservare da vicino il comportamento unico della palla.

"Come lanciare una palla curva", di eHow.com, presenta eccellenti istruzioni testuali in quattro fasi, una sezione "Consigli e avvertenze" e i commenti dei lettori che rendono questa lezione sui lanci il complemento perfetto alle offerte di Fugu.com e ViewDo.com.

La fisica dello skateboard

Il sito web "Skateboard Science" dell'Exploratorium, ben presentato, si concentra sul movimento e sulle forze e sul loro rapporto con lo skateboard. Questo sito, facile da navigare, include video, un glossario, dettagli sull'attrezzatura e persino un po' di storia dello skateboard.

"La fisica dello skateboard" è un accurato programma di lezioni sviluppato dall'insegnante ("basato su materiale dell'Exploratorium") che guida gli studenti nell'apprendimento delle acrobazie con lo skateboard e le mette in relazione con le tre leggi di Newton, la gravità, la quantità di moto, la traiettoria dei proiettili, il moto circolare e l'attrito. Include diversi link a testi, immagini e video pertinenti.

Un'attività coinvolgente in un'altra pagina, intitolata "La fisica dello skateboard", è stata sviluppata da uno studente laureato presso l'Università della Carolina del Nord a Wilmington come parte del corso di studi standard per le scienze dell'ottavo anno di quello Stato.

Questa guida alla dimostrazione "Skateboard Slosh" di TeacherVision, pensata per i gradi 3-6, guida voi e i vostri studenti mentre attaccate un contenitore d'acqua a uno skateboard e osservate come il movimento e la forza influenzano il liquido.

--Douglas Cruickshank

Owen Edwards è redattore collaboratore delle riviste Edutopia e Smithsonian.

Leslie Miller

Leslie Miller è un'educatrice esperta con oltre 15 anni di esperienza di insegnamento professionale nel campo dell'istruzione. Laureata in Pedagogia, ha insegnato nelle scuole elementari e medie. Leslie è una sostenitrice dell'utilizzo di pratiche basate sull'evidenza nell'istruzione e ama ricercare e implementare nuovi metodi di insegnamento. Crede che ogni bambino meriti un'istruzione di qualità ed è appassionata di trovare modi efficaci per aiutare gli studenti ad avere successo. Nel tempo libero, Leslie ama fare escursioni, leggere e trascorrere del tempo con la famiglia e gli animali domestici.