Una rampa da pong shot

Siamo assorbiti dallo svolgimento dei campus su scienza e sport. 
Per parlare di traiettorie (legandoci al basket) ho proposto ai partecipanti, come faccio da un po' di tempo con studenti e insegnanti, di cimentarsi nel pong shot: consiste nel far entrare in un bicchiere una pallina da ping pong, all'inizio facendole fare almeno un rimbalzo su una superficie orizzontale e poi cercando di fare più rimbalzi. Ci sono innumerevoli video di virtuosi del gioco, eccone un esempio

Awesome Pong Trick Shots

Per capire meglio quel che serve per effettuare un buon tiro abbiamo aggiunto una seconda attività: costruire una rampa che permetta di mandare sempre la pallina nel bicchiere dopo almeno un rimbalzo. E' possibile così identificare le caratteristiche della traiettoria con elementi fisici della rampa, p.es. l'altezza da cui parte la pallina determina la velocità con cui inizia il volo quando si stacca dalla rampa, l'inclinazione determina l'angolo di incidenza del rimbalzo, il punto in cui è posta la fine della rampa contribuisce a determinare insieme agli altri elementi il punto in cui avviene il rimbalzo, ecc. 

Con quale racchetta si gioca al polo sud?

Lunedì inizia il primo campus su scienza e sport e abbiamo preparato tutto (spero). Per il ping pong (anche se bisogna chiamarlo tennis tavolo, lo so, lo so) una attività riguarda il controllo della pallina con la racchetta: inclinazione e possibilità di effetti. Ad Alice è venuto in mente di modificare qualche racchetta per vedere come si gioca

al polo sud si usa quella di pelliccia (ma non è una vera pelliccia)

per chi ama un gioco un po' aggressivo (l'intimo deve essere coordinato?) 

 una spolveratina al tavolo di gioco

Ti spiezzo in ...!

Ho visto alcuni video realizzati da Janos e Stefano che mostrano il comportamento della silly putty durante gli urti e li ho subito presi per mostrarli qui. 
Non conoscete la silly putty? magari l'avete incontrata come gioco con il nome Micronite, o forse con un altro nome ancora (qui la vendono). 

E' una sostanza plastica malleabile che si può facilmente stirare e ripiegare se non si agisce troppo velocemente, altrimenti se si tira in modo secco e veloce si spezza: ecco un esempio (purtroppo la piattaforma non riesce a caricare i video, ci sto provando da tre giorni e niente, quindi devo ricorrere a un giro un po' macchinoso) . 
Quando la si lascia cadere rimbalza come una pallina, invece di spiaccicarsi come l'argilla. 

La silly putty è un liquido non-newtoniano: cambia viscosità sotto l'azione di una rapida sollecitazione meccanica diventando quasi un solido elastico (Non-Newtonian fluid da wikipedia) 
E' elastica anche se la colpite. Janos e Stefano l'hanno colpita con il peso in caduta di questa macchina che si trova nell'area attiva dedicata all'energia

il peso viene sollevato da una corda collegata alla ruota con manovella, e viene sganciato istantaneamente rilasciando un fermo. In genere viene usata con palline da ping pong lasciandoci cadere sopra un peso e vedendo quanto si deforma/schiaccia la pallina: ci sono a disposizione pesi diversi che possono essere sollevati all'altezza desiderata. 

Janos e Stefano hanno sostituito la pallina da ping pong con la silly putty, facendo cadere il peso da una altezza minima e da una grande altezza (riprese a 1000 fotogrammi al secondo, realizzate con la Casio Exilim EX-FH100). Interessante.

Anche qui una grossa palla di silly putty riceve un colpo notevole, cadendo da un'altezza considerevole 

50 lb ball of silly putty dropped from parking garage

Un dispensatore d'acqua con flusso costante

Per le attività sull'interazione fra acqua e terra, una delle quali è Frana nell'acqua e la forma di una sponda, abbiamo bisogno di rabboccare 
l'acqua che percola nel terriccio in modo da mantenere costante la sua profondità. Farlo a mano richiede di essere sempre presenti ma le osservazioni di quel che avviene vengono fatte a intervalli di decine di minuti, quindi la durata totale dell'attività è di almeno un'ora. Serve un dispositivo che lo faccia da sè, ma, come al solito, semplice e poco costoso. 
Lo abbiamo trovato nel sito di Arvind Gupta, che è così pieno di oggetti intelligenti: Level Low, Constant Flow.  

Level Low, Constant Flow 

Per regolare il flusso di acqua proviamo a tappare un po' il tubetto con carta o argilla.  

Frana nell'acqua e la forma di una sponda

Devo ammettere di avere una gran passione per i materiali granulari, tipo sabbia, riso, lenticchie, ... Hanno comportamenti non ovvi, e per quanto diffusissimi (pensa alla polvere!) non sono ancora completamente descritti da un insieme di formule. Inoltre non è neppure ovvio classificarli secondo la tradizionale suddivisione solido, liquido, gas, e sono quindi un eccellente punto di partenza per ragionare sul significato e i limiti delle definizioni: ciascun granello è solido, ma l'insieme si comporta spesso come un fluido, per esempio lo si può versare e si adatta alla forma del contenitore. 
Una delle caratteristiche tipiche di un granulare è la pendenza che assume quando forma un mucchio, quello che si chiama angolo di riposo: ogni granulare ha il suo.

Abbiamo realizzato una attività specifica per esplorarlo un po', Il riposo del granulare, ma finora abbiamo lavorato sempre con granulari asciutti, lasciando ad altra occasione il pasticciare con granulari bagnati. 
Ora l'occasione è arrivata, grazie a un progetto per la scuola primaria che riguarda l'interazione di acqua e terriccio nella prospettiva di realizzare uno stagno. L'esperienza ci dice che quando scavi una buca nel giardino trovi in genere terra umida e le pareti della buca possono restare piuttosto ripide, diversamente che se la terra fosse asciutta. Ma le sponde di uno stagno sono inclinate. Allora Stefano e io abbiamo realizzato una cella sigillata con il nastro adesivo tipo americano,  

l'abbiamo riempita per metà di terra, abbiamo bagnato la terra e poi abbiamo riempito di acqua la metà vuota

Il terriccio è franato abbastanza rapidamente e quando l'acqua è tornata limpida si è visto l'angolo di riposo.

Sul fianco posteriore si vede dove era all'inizio la terra bagnata, quindi si apprezza bene quel che è successo. 
E ora, in vista dell'estate dovremmo approfondire il lavoro sui castelli di sabbia? del resto, che si tratti di buona fisica ce lo conferma la NASA, il dotto articolo The physics of sand castles: maximum angle of stability in wet and dry granular media e il più recente Sticky sand.  

Rotazioni

Sto programmando le attività per il nostro campus su scienza e sport. Pensando alla pallavolo, la battuta in elevazione è una situazione da sistema isolato: chi batte non ha i piedi per terra ed è isolato, come un tuffatore o un calciatore in rovesciata. Ho pensato come far sperimentare quel che avviene in un sistema isolato, in particolare in conseguenza dei principi di conservazione. Oltre a una piattaforma rotante che appoggia su quattro ruote da waveboard abbiamo costruito un braccio rotante appoggiato su una piattaforma libera di ruotare senza attrito: la piattaforma è il coperchio di una scatola di biscotti e sotto il coperchio ci sono palline da ping pong che eliminano abbastanza bene l'attrito; all'inizio si ruota il braccio mettendo in tensione un elastico. Eccolo in azione

l'azione è piuttosto veloce e allora abbiamo fatto appello alla prodigiosa macchina fotografica Casio

all'inizio tutto è fermo, poi il braccio ruota in un senso e la piattaforma nel senso opposto, e così il momento angolare si conserva
ma che succede quando all'inizio il braccio ruota? ecco qui 

il braccio ruota in un senso e la piattaforma si mette a ruotare nello stesso senso: è una rotazione piuttosto lenta quindi non si nota molto il rallentamento della rotazione del braccio: all'inizio c'è un momento angolare e deve conservarsi quando lascio la piattaforma libera di ruotare, quindi il braccio deve rallentare un po' - l'abbiamo visto bene con un altro prototipo in cui il braccio aveva un peso maggiore all'estremità, e una base più larga, che abbiamo però disfatto prima che ci venisse in mente di fare una ripresa video (dobbiamo ricostruirlo e rimetterlo in funzione) 

ah, il nastro americano ...

Con poca spesa e lavoro limitato ho realizzato una vaschetta a tenuta d'acqua per una attività sulla interazione terreno-acqua. 

Una lastrina di policarbonato trasparente, una uguale di polionda, sponde del polistirene che si usa per l'isolamento termico e nastro adesivo tipo americano per tenere insieme il tutto e sigillarlo. I Mythbusters hanno costruito una intera imbarcazione con il nastro americano, io mi sono limitato. All'inizio la vaschetta perdeva, ma c'era proprio un buchino. 

E poi è arrivata la "pistola" per misurare la velocità, la speedgun. 

Prime prove: misura la velocità di oggetti piccoli, tipo pallina da tennis, e a maggior ragione quella di palle e palloni che useremo per scienza e sport. Dobbiamo trovare il modo di proteggere chi userà il rilevatore perchè questo misura la componente della velocità lungo la linea di vista dello strumento quindi il pallone deve essere diretto il più possibile verso la speedgun: nel caso di una battuta o di una pallonata la faccenda può essere dolorosa.  La minima velocità rilevabile è 16 km/h, può essere un problema per un ciclista con andatura rilassata, ma una palla lanciata a mano da noi viaggia a una quarantina di chilometri all'ora, e una palla battuta o calciata è ben più veloce.