Definizione
di massa
S'intende
per massa di un corpo (solido, liquido, gassoso) un misura della quantità di
materia di cui è costituito. 
Questa
proprietà dei corpi ne caratterizza, tra l'altro, il comportamento durane il
moto (massa inerziale).
Corpi solidi uguali (dello stesso
materiale e delle stessa forma geometrica) hanno masse uguali. Per esempio le
palline che hai a disposizione hanno massa uguale.
Come
si misura la massa di un corpo?
La
massa può essere misurata:
per confronto DIRETTO
con masse campione
analizzando gli
EFFETTI che essa produce su strumenti TARATI.
Esiste
naturalmente anche la possibilità di valutare la massa INDIRETTAMENTE misurando
altre grandezze fisiche da utilizzare in qualche formula, derivata dalla
teoria, in cui la massa è messa in relazione con altre grandezze che sono
misurate.
Come
a te noto l'unità di misura della massa è il chilogrammo campione (Kg) o un suo
sottomultiplo (il grammo per esempio, g = 1/1000 Kg.
Costruisci
una bilancia
Le
misure per confronto diretto si basano su alcuni principi fisici che cercheremo
di chiarire. Fissa il
supporto metallico al tavolo utilizzando i due morsetti. Aggancia al
supporto le sbarra metallica che hai a disposizione. Osservala
attentamente: essa ha nella sua parte terminale due piccole viti che possono
essere indipendentemente spostati sull'asse filettato. Sposta le due viti fino
a che la sbarra metallica ruotante non è disposta orizzontalmente.
1)
Prova a ruotare di qualche giro la vite di destra verso la fine dell'asse
filettato. Cosa osservi?
Dopo ruota la vite di destra avvicinandola verso l'inizio dell'asse filettato oltre la posizione in cui essa si trovava originariamente.
2)
Cosa osservi?
Dopo
riporta la vite di destra nella sua posizione originaria fino a che la sbarra
non è disposta orizzontalmente. Successivamente ruota di qualche giro la vite
di sinistra prima verso l'inizio e poi verso la fine dell'asse.
3)
Cosa osservi?
4)
Cosa puoi concludere da tutto quanto hai fatto e osservato?
Agendo
opportunamente sulle due viti puoi posizionare la sbarra orizzontalmente.
Quando ciò accade si dice che essa è in EQUILIBRIO. Spostando le viti sull'asse
filettato porta il sistema in equilibrio. Aggancia ora i due cestelli uguali
che hai a disposizione agli estremi della sbarra orizzontale (uno a sinistra e
uno a destra).
5)
Cosa osservi? Come spieghi ciò che è accaduto?
Quello
che osservi può essere sintetizzato come segue:
aggiungendo ai due stremi del
sistema, che era in equilibrio, i due cestelli di masse uguali (cestelli uguali
per forma e costituzione) non hai alterato gli equilibri.
spostando le viti sull'asse
filettato, quindi allontanando o avvicinando le loro masse rispetto al centro
del sistema, puoi alterare l'equilibrio.
Il
sistema è in equilibrio con i due cestelli. Aggiungi il cestello di destra una
pallina dalla scatola che ne contiene circa 50.
6)
Cosa osservi? Come lo spieghi?
7)
Come faresti per riportare il tuo sistema in equilibrio?
In
conclusione:
se il sistema
non risulta più in equilibrio per riportarlo in equilibrio basta aggiungere nel
cestello spostando verso l'alto una massa uguale a quella introdotta nel
cestello che risulta spostato verso il basso.
se il
cestello di destra ( sinistra) è più in basso ( la bilancia non è in equilibrio
) vuol dire che nel cestello di destra ( sinistra ) c'è un corpo con massa
maggiore di quella del corpo contenuto nel cestello di sinistra ( destra ).
Il
dispositivo che hai analizzato è una bilancia e può essere utilizzato per fare
misure DIRETTE di massa.
Misura
una massa non nota
Con
la bilancia appena costruita puoi fare della misure di masse non note. Utilizza
come unità campione di massa delle palline di ferro o di vetro tutte
perfettamente uguali. Controlla preliminarmente che con i due cestelli vuoti
(scarichi) la bilancia sia in equilibrio. In caso contrario sposta
opportunamente le due viti fino ad avere l'equilibrio. Prendi un pezzo di
carota
(non
molto grande) e mettilo in uno dei due cestelli: la bilancia non sarà più in
equilibrio, "penderà" verso il cestello contenente il pezzo di
carota. Introduci nell'altro cestello un numero di palline sufficienti a
riportare la bilancia in equilibrio . Probabilmente non ci riuscirai: uno dei
due cestelli sarà più in basso rispetto all'altro. NON SPOSTARE LE VITI
8)
Puoi dire in base a ciò che osservi, quanto vale all'incirca la massa del pezzo
di carota? Ricordati che la tua valutazione deve essere espressa mediante un
numero ed un'unità di misura che attualmente è la massa di una sferetta.
9)
Se il cestello contenente la carota è più in basso prova ad aggiungere
nell'altro cestello una pallina. Cosa osservi? Cosa puoi concludere?
Che
è in equilibrio.
Il
pezzo di carota è equivalente a 4 palline.
10)
Se il cestello contenente la carota è più in alto prova ad aggiungere
nell'altro cestello una pallina. Cosa osservi? Cosa puoi concludere?
Che
il cestello della carota và più in alto.
Che
il peso di tutte le palline messe insieme è maggiore del peso della carota.
11)
Può darsi che, con le sferette (unità di misura) che hai a disposizione, non ti
riesca di portare la bilancia esattamente in equilibrio. Tenendo conto della
procedure che hai utilizzato nelle attività precedenti per stimare l'errore di
misura, come indicheresti, numericamente il valore della massa della carota?
Lo
indicherei con il numero 4.
12)
Ti avrebbe fatto probabilmente comodo avere palline di massa uguale a 1/10 di
quelle della palline che hai in dotazione? Perché?
Si.
Perché
la misurazione sarebbe stata ancora più precisa.
13) : Se per ottenere l'equilibrio
fosse necessario introdurre nel cestello 20 palline campione e 3 palline
più piccole sottomultipli di quella campione ( = 1/10 massa campione ) come
esprimersi il risultato della tua misura ? Sai valutare ragionevolmente
l'errore di misura? 
PESO
PALLINA X 20 : 10 X 3.
400
g : 10 = 40 X 3 = 120 g.
14)
: L'equilibrio viene raggiunto con 12 palline campione , 3 palline di massa
pari a 1/10 di quella campione, 8 palline pari a 1/100 di quella campione :
quanto vale la massa incognita? Sai valutare ragionevolmente l'errore di
misura ?
Nel
fare le misure di massa riesce comodo avere a disposizione masse campioni,
sottomultipli e multipli.
Ti
sarà capitato di vedere usare per le misure di massa bilance con piattelli
capienti su uno dei quali si pone la massa da misurare ( frutta, verdura... )
mentre nell'altro s'introducono delle masse note prese da una PESIERA.
PESO
PALLINA: X 12 RISULTATO : 10 X 3; 2° RISULTATO : 10 X 8 = SOMMA.
20
X 12 = 240 : 10 = 24 X 3 = 72 g; 72 : 10 = 7.2 g.
15)
: Qual è secondo te, il principio su cui si basano queste bilance?
L'EQUILIBRIO.
MISURA
CON IL METODO DELLA TARA
Supponi
ora di volere determinare la massa di un liquido che hai precedentemente
introdotto in una bottiglietta.
16)
: Come potresti procedere ?
Prendi
la bottiglietta che hai a disposizione.
Usando
la tua bilancia misurane la massa in unità di palline di ferro o vetro prendi
nota del valore ottenuto.
Riempi
la bottiglietta con una certa quantità d'acqua e misurare la massa del
sistema ( bottiglietta +
acqua ). Prendi nota del valore ottenuto.
BOTTIGLIETTA:
4 lastre d'ottone + 1 sfera.
17)
: Quanto vale la massa dell'acqua ?
Ovviamente
basta fare la differenza fra la massa del sistema (bottiglietta + acqua) e la
massa della sola bottiglietta.
Questa
procedura prende il nome di METODO DELLA TARA (la massa della bottiglietta che
va sottratta dalla seconda misura per ottenere la massa dell'acqua prende
appunto il nome di TARA ).
4
lastre d'ottone.