Meccanica - Atwood
Macchina di Atwood con corredo
Descrizione dello strumento

La macchina di Atwood presenta tre elementi distinti: la struttura portante, il sistema di ruote con la puleggia fissa di rinvio e il cronometro a pendolo con relativo meccanismo di sblocco della piattaforma di partenza. A questi elementi si aggiungono gli accessori, cioè il cosiddetto corredo dello strumento: le masse e i corsoi.

Vista d'insieme dello strumento
Il filo a piombo
Il cronometro
Il sistema di sospensione
della carrucola
Per quanto riguarda la struttura portante, essa è generalmente costituita da una colonna di legno dell'altezza di circa due metri e mezzo che poggia al suolo per mezzo di una base quadrata o a croce greca munita di viti per regolare la verticalità dello stante. Sul retro della colonna è poi presente un filo a piombo per facilitare l'operazione di taratura dell'apparato.

L'altro lato della colonna, cioè quello davanti al quale scende la massa di prova, reca una scala graduata con lo zero nella parte alta. In corrispondenza dello zero della scala è presente una piattaforma ribaltabile d'ottone il cui scopo, quando si trova in posizione orizzontale, è quello di sorreggere la massa maggiore agganciata alla fune della carrucola e, ribaltandosi, di permetterne la discesa a terra. Alcuni modelli, come quello appartenente al Vecchio Gabinetto di Fisica del Liceo, presentano poi degli elementi lignei decorativi che raccordano la colonna di legno con la base e si segnala che in altri la scala graduata è presente su un'asta diversa dalla colonna che sorregge tutti gli elementi che costituiscono la macchina.

Sulla sommità della colonna è presente una cassa di vetro, aggiunta nel 1898 (N 659 inventario 1876), con la funzione di proteggere al suo interno il sistema di rinvio della fune alla quale vengono fissati dei pesi di massa opportuna. Dal punto di vista meccanico si tratta di una puleggia fissa la cui ruota (in ottone e dotata di una gola per il passaggio del filo di piccola sezione per poterne trascurare la massa), è a raggi e non piena e ciò per limitarne la massa e poter assumere così in prima approssimazione come valida l'ipotesi che si tratti di una puleggia ideale, ovvero con massa trascurabile, per evitare di dover tener conto anche del momento d'inerzia di questo elemento quando il sistema è in movimento. E' interessante osservare che l'asse della puleggia di rinvio non poggia su due cuscinetti fissi, ma sulle periferie di quattro ruote mobili accoppiate a due a due (vedi disegno). La puleggia trasmette a queste ruote il movimento e, poichè su ogni cuscinetto agisce poco più di 1/8 della forza agente sulla ruota della puleggia fissa, un simile sistema permette una notevole riduzione dell'attrito, fattore questo che va sicuramente ad influenzare le cadute delle masse sia nel moto uniformemente accelerato che in quello uniforme.

A lato della colonna di legno è fissato un cronometro a carica regolato da un pendolo che batte i secondi e dotato di un sistema di scappamento ad ancora. Quest'ultimo, oscillando con il pendolo, lascia passare ad ogni oscillazione un dente di una ruota dentata detta ruota di rincontro. La presenza nella macchina di Atwood del sistema a carrucola fissa sulla cui fune sono fissate masse leggermente differenti permette infatti di studiare, com'è facilmente dimostrabile, moti di caduta "ritardati", caratterizzati cioè da un'accelerazione inferiore a quella di gravità, e pertanto è per questo motivo che può essere utilizzato un cronometro così poco sensibile. Quando non viene utilizzata la macchina, il pendolo viene ancorato ad un supporto che sporge dalla colonna verticale.

Solitamente l'asse della ruota di rincontro reca in corrispondenza dell'estremità anteriore una lancetta, con la funzione di indicare i secondi sul quadrante dell'orologio, e in quella posteriore un eccentrico che gira contemporaneamente con la lancetta. Lo scopo dell'eccentrico è quello di fare in modo che, quando la lancetta che segna i secondi sul quadrante del cronometro si trova in corrispondenza dello zero, attraverso un sistema di sblocco a leva mosso dallo stesso eccentrico all'interno dell'involucro del cronometro la piattaforma di partenza si ribalti lasciando libera la massa maggiore. Infatti l'eccentrico è accoppiato ad un bilancere (il sistema meccanico prende il nome di camma) che trasmette il moto alternato fino al blocco a rientro sotto la piattaforma di partenza in corrispondenza dello zero della scala graduata. Per la verità, in relazione all'eccentrico, la macchina di Atwood del Liceo risulta essere un modello più semplice, dal momento che sull'asse della lancetta che segna i secondi non è presente alcun eccentrico. Il meccanismo di sblocco della piattaforma è ottenuto mediante un sistema di leve interno allo stante dello strumento, sistema che, una volta alzato il pulsante di comando (sempre sullo stante e ad un'altezza di circa due terzi dal basso dell'intera lunghezza dello stesso), provvede anche a liberare il pendolo del cronometro dal fermo, poco sopra al pulsante, che ne impedisce la libera oscillazione.

La macchina di Atwood è munita di due corsoi in ottone, cioè di due pezzi che possono scorrere lungo la scala graduata e si fissano alla colonna con delle viti a pressione. Il primo corsoio consiste in una piattaforma circolare il cui scopo è arrestare il moto della massa maggiore sospesa alla fune della puleggia, mentre il secondo corsoio presenta invece un anello con diametro tale da lasciar passare la massa fissa m, ma non quella aggiuntiva m' che si colloca al di sopra di m e che permette di ottenere un moto di caduta uniformemente accelerato. La massa m' che, insieme alle due masse m, completa il cosiddetto corredo della macchina, è costituita da un disco d'ottone con diametro maggiore di quello dell'anello del secondo corsoio. Il ruolo della massa aggiuntiva m' risulta più chiaro nel contesto della procedura per la verifica della seconda legge di caduta dei gravi e nella procedura per la verifica della terza legge di caduta dei gravi.