Evidentierea Starii De Imponderabilitate

O NOUA MODALITATE DE EVIDENŢIERE A STĂRII DE IMPONDERABILITATE Autori: Cialma Vladimir Cristescu Alexandru Berbecel Viorel Cucu Dorina Patriciu Minerva Vlad Patricia Este cunoscut că la mişcarea unui corp într-un Sistem de Referinţă Neinerţial (SRNI) pe langă forţele fundamentale reale ( de câmp sau imprimate) mai apare şi un alt tip de forţe şi anume de inerţie ca exemplu . Conform Legii a - II- a dinamicii într-un SRNI putem scrie că: (1)

Ma’ = F - Fi

Unde : M - masa corpului F - forţe fundamentale reale ( de câmp sau imprimate) Fi - forţe de inerţie ( care apar în SRNI ) a’ – acceleraţia corpului în SRNI Să ne imaginăm mişcarea unui corp de masă M faţă de un SRNI ( de exemplu cabina unui lift) şi să considerăm mişcarea liftului cu acceleraţia de transport at faţă de un referenţial terestru (Pământul în cazul nostru ). Atunci rel (1) devine : (1b) Ma ’= G – Mat Se observă uşor că : (2) a’ = g - at ceea ce conduce la urmatoarele cazuri : a) at = g ( caderea liberă a liftului în câmp gravitaţional ) în acest caz a’ = g - g = 0 deci acceleraţia corpului faţa de cabină fiind zero corpul se mişcă uniform în orice direcţie inclusiv spre tavanul liftului, deci forţa care acţionează asupra corpului M este zero , spunem că în acest caz , corpul se află în stare de imponderabilitate , cu alte cuvinte corpul nu ar mai apăsa pe podeaua liftului dacă acesta s-ar fi aflat iniţial în stare de repaus pe podeaua liftului . b) at > g ( mişcarea accelerată în câmp gravitaţional în jos a liftului cu acceleraţia suplimentară a t ) în acest caz a’ = g - at < 0 deci corpul de masă M se mişcă în sens opus mişcării liftului , deci în sus , apăsând asupra podelei superioare cu o forţa Ma’ mai mica decât în cazul liftului în repaus ( M g ) , deci toate corpurile “cad pe tavan “. c) at < g ( mişcarea accelerată în câmp gravitaţional în sus a liftului cu acceleraţia suplimentară at ) în acest caz a’ = g + at > 0 , în acest caz acceleraţia cu care se mişcă corpul este mai mare decât acceleraţia gravitaţională ( a’ > g ) având acelaş sens cu g deci corpul de masă M se mişcă în sens opus mişcării liftului , deci in jos , apăsând asupra podelei inferioare cu o forţă Ma ’ mai mare decât în cazul liftului în repaus ( M g ) . 1

In cele ce urmează vom prezenta un experiment în care starea de imponderabilitate descrisă de relaţia (2) punctul a) se manifestă în cadrul fenomenului de autoinducţie , folosind urmatorul dispozitiv experimental : a) schema dispozitivului experimental este prezentată în desenul de mai jos. K

L

B

T

b) Descrierea dispozitivului experimental K : o bara metalică ce se sprijină pe doua inele metalice având rol de întrerupător . L : o bobină cu miez de fier (balast) ce are rolul de a produce prin fenomenul de autoinducţie o tensiune suficient de mare (100V) pentru aprinderea tubului cu gaz . T : un tub cu gaz . B : baterie de curent continu de 4,5 V . c) Explicarea desfaşurării experimentului : Toate elementele de circuit descrise anterior se vor fixa rigid unul de altul , doar bara metalică având posibilitatea de a se mişca liber în interiorul inelelor , sprijinindu-se pe acestea . Întregul ansamblu se ridică la o anumită înalţime faţa de sol, iar apoi este lăsat să cadă liber. Datorită stării de imponderabilitate ce se va manifesta asupra barei metalice , aceasta nu va mai apăsa asupra inelelor , întrerupând contactul electric dintre acestea . În această situaţie în bobina , care iniţial era parcursă de un curent constant I furnizat de bateria B , apare o variaţie de curent : ∆I = 0 – I . Conform legii autoinducţiei la bornele bobinei apare o tensiune electromotoare de autoinducţie: e = - L ( ∆I / ∆t ). Deoarece inductivitatea L a bobinei are o valoare ridicată ( multe spire pe miez de fier ) şi în prezenţa variaţiei de curent ∆I , tensiunea de autoinducţie are o valoare ridicată ( mai mare de 100 V ), care va determina aprinderea tubului cu gaz . S-a pus astfel în evidenţă starea de imponderabilitate cuplând aceasta cu fenomenul de autoinducţie .

2