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Macchina di Atwood
La macchina serve per la dimostrazione sperimentale delle leggi del moto uniformemente accelerato. Essa consta di una puleggia leggera nella cui gola scorre un filo di seta sottilissimo alle estremità del quale sono attaccate due masse di uguale peso che stanno in equilibrio in tutte le posizioni essendo trascurabile il peso del filo. Le due masse Q e Q’ sono formate dallo stesso numero di dischi uguali fra loro, quindi:



Con questa disposizione imprimendo ad una delle due masse un impulso si otterrebbe un moto uniforme se nessuna resistenza intervenisse a modificare la velocità acquistata. Per piccoli valori della velocità la resistenza dell’aria può ritenersi trascurabile, resta però l’attrito dell’asse della carrucola sui cuscinetti di supporto, attrito che deve essere reso il più piccolo possibile per ottenere misure esatte. Gli spazi percorsi sono misurati sopra un regolo verticale posto a lato e, su questo regolo, possono fissarsi sia un piattello A, sia un anello B. Un orologio annesso all’apparecchio batte i secondi. Sulla parte superiore del regolo e coincidente con lo zero della graduazione si trova un piattello snodato K accoppiato all’orologio. Il piattello, inizialmente in posizione orizzontale, viene sbloccato e, per il proprio peso assume la posizione verticale, quando la lancetta dei secondi passa per lo zero del quadrante. Applicando a Q un peso addizionale p il sistema si metterà in movimento e, se Q è collocato sul piattello K, il moto inizierà nel medesimo istante in cui la lancetta dei secondi è sullo zero. Per misurare lo spazio percorso dal sistema dopo t secondi, si colloca il piattello A in tale posizione che venga urtato dalla massa che discende, nello stesso istante in cui l’orologio batte il corrispondente secondo t mo. Lo spazio percorso viene letto sul regolo graduato. Ripetendo l’esperienza per tempi diversi si dimostra che gli spazi stanno tra loro come i quadrati dei tempi impiegati a percorrerli, quindi il moto di tutto il sistema sotto l’azione della forza motrice del peso p è uniformemente accelerato. Misurando lo spazio s percorso in t secondi si potrà ricavare il valore dell’accelerazione:



essendo m la massa del peso addizionale p ed essendo g l’accelerazione gravitazionale si ha:



La forza p deve mettere in moto, oltre la propria massa m, anche la massa 2M di Q e Q’. Essendo a l’accelerazione del moto che ne risulta sarà:



La determinazione di g così ottenuta non è rigorosa perché la forza motrice p, oltre alla massa 2M + m, deve mettere in moto la puleggia, la cui massa non può essere trascurata. Se si potesse costruire una puleggia che avesse tutta la massa distribuita sulla circonferenza allora il valore di g sarebbe dato da:

essendo k il peso della puleggia. Si cerca di approssimare la suddetta condizione costruendo la carrucola con un anello di piccolo spessore trattenuto all’asse di rotazione mediante raggi leggeri e sottili. La costante k si determina sperimentalmente. Se al peso addizionale p si dà la forma di sbarretta allungata, la cui lunghezza superi il diametro dell’anello B, avviene che p viene tolto quando urta contro l’anello, mentre la massa alla quale era applicato passa liberamente e seguita nel suo movimento che diventa un moto uniforme la cui velocità è facilmente calcolabile. Con questo metodo, posizionando B ad altezze diverse, si può valutare l’andamento della velocità nel moto uniformemente accelerato.