An experimental verification of newton's second law

We describe an experimental procedure to probe the validity of Newton's second law. The experimental arrangement allows us to accelerate a glider on an air track by means of forces that are both steady and known. We also show how to determine acceleration from average speeds calculated for successive time intervals of the motion measured by using several electronic counters connected to a single-crystal oscillator circuit. Within experimental errors, the experiments clearly show the proportionality between acceleration and force for a fixed mass and between acceleration and inverse of mass for a fixed force. © by the Sociedade Brasileira de Física.

Aplicação do método de Newton desacoplado para o fluxo de carga continuado

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Uma adaptação do método barreira penalidade quasi-Newton ao problema de fluxo de potência ótimo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Instrumentos antigos para o ensino de física: o tubo de Newton e seu uso no passado

O objetivo deste estudo é buscar compreender aspectos do trabalho experimental no ensino de Física no Brasil no passado, focalizando um instrumento antigo - o tubo de Newton. Considerando que a partir da Reforma Francisco Campos, em 1931, houve uma expansão do ensino secundário brasileiro e um aumento da presença de disciplinas científicas no currículo desse curso, examinamos as recomendações oficiais para o ensino de Física de 1931até 1961, quando foi promulgada a primeira Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional. Procuramos investigar como o uso do tubo de Newton aparece em livros didáticos de Física para a educação secundária, editados em nosso país, no período delimitado. Em nossas conclusões consideramos que o conhecimento histórico pode ajudar a compreender aspectos relevantes a respeito do papel da experimentação no ensino de Física em nossos dias.

On the Newton method for solving fuzzy optimization problems

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

XMM-Newton EPIC and OM observation of Nova Centauri 1986 (V842 Cen)

We report the results from the temporal and spectral analysis of an XMMNewton observation of Nova Centauri 1986 (V842 Cen). We detect a period at 3.51 +/- 0.4 h in the EPIC data and at 4.0 +/- 0.8 h in the Optical Monitor (OM) data. The X-ray spectrum is consistent with the emission from an absorbed thin thermal plasma with a temperature distribution given by an isobaric cooling flow. The maximum temperature of the cooling flow model is keV. Such a high temperature can be reached in a shocked region and, given the periodicity detected, most likely arises in a magnetically channelled accretion flow characteristic of intermediate polars. The pulsed fraction of the 3.51-h modulation decreases with energy as observed in the X-ray light curves of magnetic cataclysmic variables, possibly due either to occultation of the accretion column by the white dwarf body or phase-dependent to absorption. We do not find the 57-s white dwarf spin period, with a pulse amplitude of 4 mmag, reported by Woudt et al. in either the OM data, which are sensitive to pulse amplitudes ?0.03 mag, or the EPIC data, sensitive to pulse fractions p? 14 +/- 2 per cent.

The peculiar isolated neutron star in the Carina Nebula Deep XMM-Newton and ESO-VLT observations of 2XMM J104608.7-594306

While fewer in number than the dominant rotation-powered radio pulsar population, peculiar classes of isolated neutron stars (INSs) which include magnetars, the ROSAT-discovered "Magnificent Seven" (M7), rotating radio transients (RRATs), and central compact objects in supernova remnants (CCOs) - represent a key element in understanding the neutron star phenomenology. We report the results of an observational campaign to study the properties of the source 2XMM J104608.7-594306, a newly discovered thermally emitting INS. The evolutionary state of the neutron star is investigated by means of deep dedicated observations obtained with the XMM-Newton Observatory, the ESO Very Large Telescope, as well as publicly available gamma-ray data from the Fermi Space Telescope and the AGILE Mission. The observations confirm previous expectations and reveal a unique type of object. The source, which is likely within the Carina Nebula (N-H = 2.6x10(21) cm(-2)), has a spectrum that is both thermal and soft, with kT(infinity) = 135 eV. Non-thermal (magnetospheric) emission is not detected down to 1% (3 sigma, 0.1-12 keV) of the source luminosity. Significant deviations (absorption features) from a simple blackbody model are identified in the spectrum of the source around energies 0.6 keV and 1.35 keV. While the former deviation is likely related to a local oxygen overabundance in the Carina Nebula, the latter can only be accounted for by an additional spectral component, which is modelled as a Gaussian line in absorption with EW = 91 eV and sigma = 0.14 keV (1 sigma). Furthermore, the optical counterpart is fainter than m(V) = 27 (2 sigma) and no gamma-ray emission is significantly detected by either the Fermi or AGILE missions. Very interestingly, while these characteristics are remarkably similar to those of the M7 or the only RRAT so far detected in X-rays, which all have spin periods of a few seconds, we found intriguing evidence of very rapid rotation, P = 18.6ms, at the 4 sigma confidence level. We interpret these new results in the light of the observed properties of the currently known neutron star population, in particular those of standard rotation-powered pulsars, recycled objects, and CCOs. We find that none of these scenarios can satisfactorily explain the collective properties of 2XMM J104608.7-594306, although it may be related to the still poorly known class of Galactic anti-magnetars. Future XMM-Newton data, granted for the next cycle of observations (AO11), will help us to improve our current observational interpretation of the source, enabling us to significantly constrain the rate of pulsar spin down.

Sviluppi di catalizzatori per l'abbattimento di NOx in presenza di ossigeno

Il traffico veicolare è la principale fonte antropogenica di NOx, idrocarburi (HC) e CO e, dato che la sostituzione dei motori a combustione interna con sistemi alternativi appare ancora lontana nel tempo, lo sviluppo di sistemi in grado di limitare al massimo le emissioni di questi mezzi di trasporto riveste un’importanza fondamentale. Sfortunatamente non esiste un rapporto ottimale aria/combustibile che permetta di avere basse emissioni, mentre la massima potenza ottenibile dal motore corrisponde alle condizioni di elevata formazione di CO e HC. Gli attuali sistemi di abbattimento permettono il controllo delle emissioni da sorgenti mobili tramite una centralina che collega il sistema di iniezione del motore e la concentrazione di ossigeno del sistema catalitico (posto nella marmitta) in modo da controllare il rapporto aria/combustibile (Fig. 1). Le marmitte catalitiche per motori a benzina utilizzano catalizzatori “three way” a base di Pt/Rh supportati su ossidi (allumina, zirconia e ceria), che, dovendo operare con un rapporto quasi stechiometrico combustibile/comburente, comportano una minore efficienza del motore e consumi maggiori del 20-30% rispetto alla combustione in eccesso di ossigeno. Inoltre, questa tecnologia non può essere utilizzata nei motori diesel, che lavorano in eccesso di ossigeno ed utilizzano carburanti con un tenore di zolfo relativamente elevato. In questi ultimi anni è cresciuto l’interesse per il controllo delle emissioni di NOx da fonti veicolari, con particolare attenzione alla riduzione catalitica in presenza di un eccesso di ossigeno, cioè in condizioni di combustione magra. Uno sviluppo recente è rappresentato dai catalizzatori tipo “Toyota” che sono basati sul concetto di accumulo e riduzione (storage/reduction), nei quali l’NO viene ossidato ed accumulato sul catalizzatore come nitrato in condizioni di eccesso di ossigeno. Modificando poi per brevi periodi di tempo le condizioni di alimentazione da ossidanti (aria/combustibile > 14,7 p/p) a riducenti (aria/combustibile < 14,7 p/p) il nitrato immagazzinato viene ridotto a N2 e H2O. Questi catalizzatori sono però molto sensibili alla presenza di zolfo e non possono essere utilizzati con i carburanti diesel attualmente in commercio. Obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di ottimizzare e migliorare la comprensione del meccanismo di reazione dei catalizzatori “storage-reduction” per l’abbattimento degli NOx nelle emissioni di autoveicoli in presenza di un eccesso di ossigeno. In particolare lo studio è stato focalizzato dapprima sulle proprietà del Pt, fase attiva nei processi di storage-reduction, in funzione del tipo di precursore e sulle proprietà e composizione della fase di accumulo (Ba, Mg ed una loro miscela equimolare) e del supporto (γ-Al2O3 o Mg(Al)O). Lo studio è stato inizialmente focalizzato sulle proprietà dei precursori del Pt, fase attiva nei processi di storage-reduction, sulla composizione della fase di accumulo (Ba, Mg ed una loro miscela equimolare) e del supporto (γ-Al2O3 o Mg(Al)O). E’ stata effettuata una dettagliata caratterizzazione chimico-fisica dei materiali preparati tramite analisi a raggi X (XRD), area superficiale, porosimetria, analisi di dispersione metallica, analisi in riduzione e/o ossidazione in programmata di temperatura (TPR-O), che ha permesso una migliore comprensione delle proprietà dei catalizzatori. Vista la complessità delle miscele gassose reali, sono state utilizzate, nelle prove catalitiche di laboratorio, alcune miscele più semplici, che tuttavia potessero rappresentare in maniera significativa le condizioni reali di esercizio. Il comportamento dei catalizzatori è stato studiato utilizzando differenti miscele sintetiche, con composizioni che permettessero di comprendere meglio il meccanismo. L’intervallo di temperatura in cui si è operato è compreso tra 200-450°C. Al fine di migliorare i catalizzatori, per aumentarne la resistenza alla disattivazione da zolfo, sono state effettuate prove alimentando in continuo SO2 per verificare la resistenza alla disattivazione in funzione della composizione del catalizzatore. I principali risultati conseguiti possono essere così riassunti: A. Caratteristiche Fisiche. Dall’analisi XRD si osserva che l’impregnazione con Pt(NH3)2(NO2)2 o con la sospensione nanoparticellare in DEG, non modifica le proprietà chimico-fisiche del supporto, con l’eccezione del campione con sospensione nanoparticellare impregnata su ossido misto per il quale si è osservata sia la segregazione del Pt, sia la presenza di composti carboniosi sulla superficie. Viceversa l’impregnazione con Ba porta ad una significativa diminuzione dell’area superficiale e della porosità. B. Caratteristiche Chimiche. L’analisi di dispersione metallica, tramite il chemiassorbimento di H2, mostra per i catalizzatori impregnati con Pt nanoparticellare, una bassa dispersione metallica e di conseguenza elevate dimensioni delle particelle di Pt. I campioni impregnati con Pt(NH3)2(NO2)2 presentano una migliore dispersione. Infine dalle analisi TPR-O si è osservato che: Maggiore è la dispersione del metallo nobile maggiore è la sua interazione con il supporto, L’aumento della temperatura di riduzione del PtOx è proporzionale alla quantità dei metalli alcalino terrosi, C. Precursore Metallo Nobile. Nelle prove di attività catalitica, con cicli ossidanti e riducenti continui in presenza ed in assenza di CO2, i catalizzatori con Pt nanoparticellare mostrano una minore attività catalitica, specie in presenza di un competitore come la CO2. Al contrario i catalizzatori ottenuti per impregnazione con la soluzione acquosa di Pt(NH3)2(NO2)2 presentano un’ottima attività catalitica, stabile nel tempo, e sono meno influenzabili dalla presenza di CO2. D. Resistenza all’avvelenamento da SO2. Il catalizzatore di riferimento, 17Ba1Pt/γAl2O3, mostra un effetto di avvelenamento con formazione di solfati più stabili che sul sistema Ba-Mg; difatti il campione non recupera i valori iniziali di attività se non dopo molti cicli di rigenerazione e temperature superiori ai 300°C. Per questi catalizzatori l’avvelenamento da SO2 sembra essere di tipo reversibile, anche se a temperature e condizioni più favorevoli per il 1.5Mg8.5Ba-1Pt/γAl2O3. E. Capacità di Accumulo e Rigenerabilità. Tramite questo tipo di prova è stato possibile ipotizzare e verificare il meccanismo della riduzione. I catalizzatori ottenuti per impregnazione con la soluzione acquosa di Pt(NH3)2(NO2)2 hanno mostrato un’elevata capacità di accumulo. Questa è maggiore per il campione bimetallico (Ba-Mg) a T < 300°C, mentre per il riferimento è maggiore per T > 300°C. Per ambedue i catalizzatori è evidente la formazione di ammoniaca, che potrebbe essere utilizzata come un indice che la riduzione dei nitrati accumulati è arrivata al termine e che il tempo ottimale per la riduzione è stato raggiunto o superato. Per evitare la formazione di NH3, sul catalizzatore di riferimento, è stata variata la concentrazione del riducente e la temperatura in modo da permettere alle specie adsorbite sulla superficie e nel bulk di poter raggiungere il Pt prima che l’ambiente diventi troppo riducente e quindi meno selettivo. La presenza di CO2 riduce fortemente la formazione di NH3; probabilmente perché la CO2, occupando i siti degli elementi alcalino-terrosi lontani dal Pt, impedisce ai nitriti/nitrati o all’H2 attivato di percorrere “elevate” distanze prima di reagire, aumentando così le possibilità di una riduzione più breve e più selettiva. F. Tempo di Riduzione. Si è migliorata la comprensione del ruolo svolto dalla concentrazione dell’agente riducente e dell’effetto della durata della fase riducente. Una durata troppo breve porta, nel lungo periodo, alla saturazione dei siti attivi, un eccesso alla formazione di NH3 Attraverso queste ultime prove è stato possibile formulare un meccanismo di reazione, in particolare della fase riducente. G. Meccanismo di Riduzione. La mobilità dei reagenti, nitriti/nitrati o H2 attivato è un elemento fondamentale nel meccanismo della riduzione. La vicinanza tra i siti di accumulo e quelli redox è determinante per il tipo di prodotti che si possono ottenere. La diminuzione della concentrazione del riducente o l’aumento della temperatura concede maggiore tempo o energia alle specie adsorbite sulla superficie o nel bulk per migrare e reagire prima che l’ambiente diventi troppo riducente e quindi meno selettivo.

Il tocco pianistico: premesse storiche e sviluppi scientifici

“Il tocco pianistico: premesse storiche e sviluppi scientifici” si pone l’obiettivo di provare la politimbricità del pianoforte. A tal fine, ho indagato la relazione tra il gesto, la meccanica del pianoforte e il suono, problema sfiorato da alcuni maestri del Novecento, ma mai approfondito e sviscerato per ovvie ragioni riguardanti la mancanza di una tecnologia idonea e competenze difficili da trovare in una medesima persona. Per quest’ultima ragione mi sono avvalsa della collaborazione sia del Laboratorio di Anatomia Funzionale dell'Apparato Locomotore del Dipartimento di Morfologia Umana dell’Università di Milano, dove lavorano esperti delle più moderne tecnologie idonee alla registrazione del movimento, sia dell’ingegnere Alberto Amendola, docente a contratto di Acustica musicale presso l’Università di Parma per ciò che concerne l’analisi del suono e i rilievi acustici. La tesi si articola in due parti organizzate in quattro capitoli. Nel primo, La didattica pianistica nel primo trentennio del Novecento: il tocco e il timbro come parole chiave, dopo aver tracciato un quadro generale riguardante i concetti di ‘tocco’ e ‘timbro’ incontrati nei metodi e trattati del Sette/Ottocento, già affrontati nella tesi di laurea, procedo ad analizzare alcuni dei lavori più rappresentativi scritti tra la fine dell’Ottocento e gli anni Trenta del Novecento (The Leschetizky Method. A Guide to Fine and Correct Piano Playing di Malwine Brée, Über die physiologischen Fehler und die Umgestaltung der Klaviertechnik di Albert Maria Steinhausen, Die Grundlagen der Klaviertechnik di Rudolph Maria Breithaupt e The Phisiological Mechanics of Piano Technique di Otto Ortmann). Tali studi presentano una parte dedicata alle diverse modalità di produzione sonora e, quasi tutti, giungono ad una medesima conclusione: pur nella sua ricchezza, il pianoforte è uno strumento monotimbrico, dove la differenza tra i suoni è data dall’intensità e dall’agogica. Al fine di provare la politimbricità del pianoforte, il mio percorso di studi si è scontrato sia con la meccanica del pianoforte sia con l’acustica musicale. Ho fatto precedere quindi l’indagine scientifica, che confluisce nel capitolo IV, da una sezione in cui presento l’evoluzione della meccanica del pianoforte fino a giungere alla descrizione della meccanica moderna (capitolo II, Il Pianoforte: meccanica e modalità di produzione del suono), e da un’altra in cui affronto i fondamenti di acustica musicale, al fine di fornire al lettore i mezzi basilari per cimentarsi con la parte scientifica (capitolo III, Cenni di acustica musicale). Il capitolo IV è il resoconto organico e sistematico delle sperimentazioni svolte durante il dottorato presso il laboratorio di Anatomia funzionale dell’apparato locomotore dell’Università di Milano. La presentazione ripercorre necessariamente le tappe della ricerca considerata la novità assoluta dell’oggetto indagato. All’illustrazione dei dati di ogni fase segue sempre la discussione e l’interpretazione dei risultati per garantire la validità dell’esperimento. L’interesse della ricerca è stato condiviso oltre che dal dipartimento di Anatomia, anche dalla casa costruttrice di pianoforti Bechstein che ha costruito una meccanica speciale, e dalla ditta di pianoforti Angelo Fabbrini, che ha messo a disposizione un mezza coda Bechstein per effettuare i rilievi. Il capitolo IV, che rappresenta, dunque, il cuore della presente dissertazione dottorale, dimostra che il pianoforte è uno strumento politimbrico: mettendo in relazione il gesto pianistico, la reazione della meccanica e il suono è risultato che al movimento del martello, ripetibilmente diverso a seconda del tocco pianistico, corrisponde una reazione acustica che varia ripetibilmente in maniera differente a seconda del tocco.