La gara dei volani: accelera al ritmo giusto

Un gioco di simulazione educativo. Prevedi la trazione, la posizione delle masse o il tempo di cui un volano ha bisogno per raggiungere la velocità obiettivo, poi fallo gareggiare con un volano di riferimento.

Accelerazione angolareMomento d'inerzia

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Trazione della corda FMomento τAttrito τ_fVolano di riferimento
Seconda legge di Newton per la rotazioneτ_net = I·α

Tempo

0.00 s

t

Velocità angolare

0.00 rad/s

ω = ω₀ + α·t

Accelerazione angolare

— rad/s²

α

Momento risultante

— N·m

τ_net = F·r − τ_f

Momento d'inerzia

— kg·m²

I

Prevedi prima di tirare

Scrivi la tua risposta per impostare il volano. Tira resta disattivato finché non c'è una risposta.

Prevedi l'avvio prima di tirare.

Punteggio della missione—

Una risposta giusta, entro il 2%, vale 100 punti. Indovinarla alla prima prova aggiunge 50 punti. Una prova conta appena comincia.

✓ Risposta giusta① Al primo colpo

Come si gioca a La gara dei volani

  1. Scegli un volano e leggi la trazione, il raggio del rocchetto, il momento d'inerzia e l'obiettivo sulla scheda.
  2. Trova il momento della corda, τ = F·r, e sottrai l'eventuale attrito del cuscinetto per ottenere il momento risultante.
  3. Usa τ_ris = I·α con α = Δω ÷ t per trovare il tempo, la trazione o la posizione delle masse, scrivilo e premi Tira.
  4. Guarda il grafico ω–t: un volano al ritmo giusto raggiunge la linea obiettivo insieme a quello di riferimento.

Che cosa fa accelerare più in fretta una ruota?

Una forza risultante dà a un corpo un'accelerazione lineare, F = m·a. Allo stesso modo, un momento risultante dà a un corpo che può ruotare un'accelerazione angolare: τ = I·α. Il momento d'inerzia I fa la parte della massa. Dipende non solo da quanta massa c'è, ma da dove si trova: ogni pezzo conta con il quadrato della sua distanza dall'asse, I = Σ m·r². Così lo stesso momento mette in rotazione molto più in fretta una ruota con la massa vicino al mozzo che una con la massa sul bordo. L'attrito del cuscinetto dà un momento contrario al moto, quindi solo il momento risultante accelera la ruota. Con momento risultante zero la ruota continua a girare a velocità costante: la prima legge di Newton per la rotazione.

Un modello di apprendimento mirato

Il volano gira intorno a un asse fisso. La corda tira con una forza costante tangente al rocchetto, quindi il suo momento F·r è costante e non finisce mai. L'attrito del cuscinetto è un momento costante contrario al moto; una ruota ferma resta ferma finché il momento della corda non supera l'attrito. Con un momento risultante costante, α = (τ − τ_f) ÷ I è costante, quindi ω = ω₀ + α·t e θ = ω₀·t + ½·α·t² sono calcolati esattamente, e la velocità obiettivo si raggiunge esattamente a t = (ω − ω₀) ÷ α. Una prova finisce lì, o dopo il doppio del tempo di riferimento. Le masse puntiformi sui raggi aggiungono m·x² ciascuna. Si svolge in tempo reale.

Cambiando lingua mantieni volano, risposta, tentativi e prova.