Fisica

Il peso più grande al mondo

Il peso più grande al mondo

Elia Magrinelli

luglio 13th, 2017

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La forza applicata da una mela è di circa 1 Newton ( N = 1 kg⋅m⋅s−2), Il record mondiale per la spinta di un motore jet è di 570000 N, il razzo Saturn V che lanciato le prime persone sulla Luna ha una forza di 33360000 N. Come si riesce a misurare forze così grandi in modo accurato? In questo video, Veritasium ci porta National Institute of Science and Technology (NIST) per scoprirlo.

Rick Seifarth è un fisico che lavora al NIST e gestisce un macchinario a peso morto in grado di applicare 4448222 N, ovvero la forza applicata da un milione di libbre (453592,37 Kg). Il macchinario è composto da un serie di 20 incrementi di peso di 50000 libbre ciascuno (22679,619 kg) e ad oggi è il più grande calibro esistente.

Questo macchinario è costruito in modo da tenere i 20 pesi in un apposito pozzo, sopra al quale si trova il laboratorio nel quale vengono calibrati trasduttori di forza, sensori in grado di calcolare la quantità di forza applicata su di loro. Alcuni di questi trasduttori possono calcolare fino a 4450000 N, altri fino a 13300000 N, per la calibrazione questi trasduttori vengono posti sotto una testa di compressione collegata ai pesi sottostanti, quindi una pressa idraulica solleva la piattaforma sulla quale il trasduttore viene posto. Quando il trasduttore entra in contatto con la testa di compressione, questa comincia a sollevare i pesi che si sollevano uno ad uno. In questo modo è possibile calibrare la quantità di forza rilevata dal trasduttore di forza con la quantità di pesi effettivamente sollevati e possono così essere utilizzati nei vari test di forza per motori e razzi.

Una parte importante del corretto funzionamento di questo macchinario sta nel minimizzare gli errori di calibrazione: ogni peso del macchinario ha approssimativamente 50036,27 libbre (22696,070295 Kg), tanto quanto il peso di 10 minivan assieme ed il loro peso esatto è noto con un margine di precisione pari al peso di pochi centesimi. Questo valore di approssimazione è ottenuto utilizzando
la definizione stessa del Kilogrammo Americano, il K20. Il processo prevede di confrontare il peso di K20 a quello di alcuni pesi di massa nota ed altri di massa non nota. Progressivamente il confronto viene spostato con masse sempre più grandi. Ad un certo punto del processo, il peso è stato convertito in libbre, passando così a pesi di 50 e 500 libbre, quindi 2500 e poi, utilizzando una bilancia a suolo, arrivare a 10000, 20000 e 30000 libbre. La combinazione di questi enormi pesi viene utilizzata per calibrare i pesi da 50000 libbre. I trasduttori di forza calibrati in questo modo vendono così venduti con un margine di errore pari allo 0.0005%, ovvero per il totale del 1000000 di libbre la calibrazione ha un margine di errore pari a 5 libbre.

La messa a punto di questa macchina non riguarda solo la corretta misurazione dei pesi che la compongono, ma anche la corretta valutazione dell’accelerazione gravitazionale nel luogo della macchina, leggermente inferiore alla gravità standard della Terra, al punto da dover richiedere una aggiunta di 600 libbre. Inoltre bisogna calcolare anche la forza di bouyant, dal momento che questi pesi in momento provocano lo spostamento di 125 libbre di aria, che devono essere aggiunte ai pesi per raggiungere il milione di libbre indicato.

L’esistenza di questo macchinario e di altri simili è richiesta per la misurazione di grandezze di forza fuori dal comune. Misurare grandezze troppo fuori la scala di calibrazione di uno strumento porta a misurazioni poco precise. Un assioma che si è rivelato vero più volte, dice Rick Seifarth, è che “un test di fisica vale un migliaio di opinioni esperte”.

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