Strumenti di fisica

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GALLIPOLI (LE)

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ACCIARINO PNEUMATICO Apparecchio per esperienze sugli effetti della compressione dei gas

Con l’acciarino pneumatico si mostra come la compressione di un gas possa produrre una grande quantità di calore.

E’ costituito da un tubo di vetro grosso chiuso ermeticamente da uno stantuffo, alla cui base si attacca un pezzo di una sostanza facilmente infiammabile (esca). Premendo rapidamente lo stantuffo fino in fondo la compressione dell’aria produce calore sufficiente a dar fuoco all’esca.

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ANELLO DI GRAVESANDE

L'anello di Gravesande serve per dimostrare la dilatazione termica cubica dei corpi, quando sottoposti al calore di una fiamma.

Un supporto sorregge, tramite un tratto di catena, una sfera piena d'ottone.

L’anello invece è sorretto da un’astina con manico isolante. Il diametro dell'anello e appena sufficiente per far passare la sfera.

Per dimostrare la dilatazione termica cubica della sfera è sufficiente scaldarla fortemente per mezzo di una lampada ad alcol. Dopo circa tre quattro minuti di trattamento termico, la sfera, ormai rovente, è incapace di passare attraverso l'anello, la sfera si è semplicemente dilatata a tal punto che il suo diametro è maggiore di quello dell'anello. Lasciandola incastrata nell'anello per un po', il raffreddamento operato dall'aria farà sì che ad un certo punto la sfera sia in grado di passare nuovamente attraverso l'anello.

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APPARATO DI PASCAL

Un dispositivo molto semplice per verificare il principio di Pascal: la pressione si esercita uniformemente in tutte le direzioni (isotropia).

Riempiendo d'acqua la provetta e spingendo lo stantuffo, i getti d'acqua sono uguali in tutte le direzioni.

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BILANCIA DI PRECISIONE

La bilancia è uno strumento che serve a determinare la massa di una certa quantità di materia per confronto con un numero di masse campione o di riferimento dette impropriamente "pesi". Il principio di funzionamento è quello della leva.

La bilancia cosiddetta di precisione è una bilancia a giogo mobile nella quale tutti gli elementi caratteristici (giogo, fulcro, piatti, sistema di sospensione dei piatti e del giogo) sono curati nei minimi dettagli al fine di ottenere una elevata sensibilità a scapito di una minore portata massima rispetto alle bilance ordinarie.

Un simile strumento di misura trovava impiego sperimentale (fisica e chimica analitica), anziché commerciale (fatto salvo i casi in cui, come accade al giorno d'oggi, le merci erano preziosi), in cui la sensibilità richiesta era meno spinta.

Deboli correnti d'aria, compresa quella provocata del respiro dello sperimentatore, possono compromettere l'equilibrio del giogo, rendendo difficoltosa la misura.

Si fa notare che, nel momento in cui sia entra nel campo di misure di massa con discreta sensibilità (1 mg oppure 1/10 mg) è necessario considerare che la misura in aria è affetta da un errore sistematico dovuto al fatto che, per il principio di Archimede, una piccola frazione non più trascurabile della forza peso del corpo che si sta misurando viene sottratta dalla spinta aerostatica (Baroscopi).

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BILANCIA IDROSTATICA

Altra interessantissima esperienza di idrostatica è la verifica del Principio di Archimede mediante l'uso della bilancia idrostatica. Si tratta, come si vede, di una normalissima bilancia, nella quale un piatto è sostituito da una gancio cui è appeso un cilindretto di plastica. Dopo aver equilibrato quest'ultimo sulla bilancia, lo si immerge in un becker pieno d'acqua, e si verifica che la bilancia torna in equilibrio solo dopo aver posto sull'altro piatto un cilindretto di ugual volume, cavo e pieno d'acqua. La spinta del fluido è dunque pari al peso del volume di liquido spostato!!

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BUSSOLA DI NAVIGAZIONE

Il principio su cui si basa la bussola è uno tra i più conosciuti e coinvolge l'interazione tra un ago calamitato (Aghi magnetici) e il campo magnetico terrestre.

Su un qualunque magnete libero di ruotare i cui poli non siano disposti lungo la congiungente il polo Nord magnetico con il polo Sud magnetico agisce un momento (coppia) che lo fa ruotare fino ad assumere la direzione delle linee di forza del campo magnetico terrestre. L'ago calamitato della bussola (che non è altro che una calamita in miniatura), se perturbato, attraverserà prima una fase transitoria, che lo vedrà oscillare intorno alla posizione d'equilibrio, e quindi raggiungerà l'equilibrio in cui una sua estremità indicherà il Nord magnetico. È bene precisare che la bussola è uno strumento incapace di marcare la direzione del Nord (o del Sud) geografico e che pertanto, visto che in ciascun emisfero i due poli sono distanti circa 2000 km, di ciò se ne deve tener conto con opportune correzioni, se si vuole effettivamente andare verso il Nord geografico (o seguire qualsiasi altra direzione espressa in un certo numero di gradi rispetto al Nord geografico). L'angolo che misura questo errore d'indicazione della bussola, se così si può chiamare, è detto angolo di declinazione o semplicemente declinazione e risulta variare sia con la latitudine che con la longitudine (Bussole di declinazione). Pertanto il suo valore va continuamente aggiornato e vanno apportate conseguentemente le necessarie modifiche all'angolo di rotta.

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CASSETTA DI INGENHOUSZ

Il dispositivo serve ad evidenziare la diversa conducibilità di alcuni materiali: esso consiste in una cassetta metallica nella quale sono infilate delle sbarrette di diverso materiale ma aventi le stesse dimensioni. Se si riempie la cassetta di acqua bollente, dopo aver rivestito le sbarrette di un sottile strato di paraffina, si nota che la paraffina fonde con velocità diversa a seconda della natura del materiale di cui le sbarrette sono fatte.

I diversi materiali possiedono un coefficiente di conducibilità termica che li contraddistingue. Si parla di buoni conduttori del calore per i materiali che possiedono un alto valore di conducibilità termica, di cattivi conduttori o isolanti per quei materiale che hanno bassa conducibilità termica.

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ELETTROMETRO ATMOSFERICO DI PELTIER

Questo elettrometro con un indice orizzontale è stato progettato nel 1836 da l'orologiaio parigino e scienziato Jean Charles Athanase Peltier (1785-1845) .

Serve per misurare l’elettricità atmosferica.

Questo dispositivo altamente sensibile, che era molto popolare nella seconda metà del 19 ° secolo, si basa sul principio della repulsione elettrostatica.

Descrizione: La base di vetro di forma cilindrica fissata su una base di faggio circolare con tre viti calanti di ottone serve per racchiude e protegge il sistema di misura dello strumento dagli agenti esterni Un conduttore passa verticalmente attraverso un foro centrale sulla base superiore della scatola, il conduttore verticale esternamente ha una sfera di rame, e un’ anello di ottone.

L'asta orizzontale di ottone che sta nella base di vetro ha due piccole sfere alle estremità, ed è fissato ad una base isolante circolare , sulla parte superiore dell’asta orizzontale c’è un ago magnetico , la scala graduata ha due letture zero ed è diviso in quattro quadranti, ciascuno di 90 °.

Funzione: prima della misurazione, l’asta di ottone e l'indice sono posti lungo la linea della scala che legge i due zeri, in direzione del meridiano magnetico.

Sottoponendo lo strumento a un oggetto elettrizzato, l'indice, in contatto elettrico con la canna fissa, si muove in una certa misura come il risultato di repulsione elettrostatica, l'angolo di flessione dipende dalla quantità di carica che ha ricevuto per induzione dagli strati atmosferici.

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INTERRUTTORE ELETTROLITICO

Un elettrodo in alluminio a forma di lastra piana ed un elettrodo cilindrico che può essere immerso nell’elettrolito contenuto nel vaso (soluzione concentrata di bicarbonato di sodio).

L’interruttore deve essere inserito in serie con il primario di un rocchetto d’induzione e con il generatore di tensione. Inserendo l’elettrodo nel liquido si ottiene una rapida interruzione della corrente. La frequenza di interruzione dipende dalla quantità di elettrodo immerso ma anche dalle caratteristiche del circuito interrotto (resistenza ed induttanza).

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LAMPADA DAVY

Questa lampada ad olio, messa a punto verso la fine del 1815 dal chimico inglese Humphry Davy , è nota anche col nome di lampada di sicurezza, poiché consentiva l'illuminazione delle miniere di carbone senza il pericolo che la fiamma facesse da innesco alle miscele di gas esplosivi (Grisou) eventualmente presenti.

La rete metallica, disperdendo il calore dalla fiamma, impedisce che la detonazione del grisou che si verifica al suo interno si propaghi alla massa di gas esplosivo all'esterno della lampada. Si aveva un piccolo scoppio che spegneva la lampada, avvisando conseguentemente del pericolo.

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MACCHINA A VAPORE

Nelle macchine a vapore si produce lavoro meccanico utilizzando come forza motrice il vapore acqueo, prodotto in una caldaia, che imprime ad uno stantuffo un moto rettilineo alternativo, trasformato poi in moto rotatorio continuo. Per mezzo di pulegge e cinghie il moto rotatorio viene trasmesso alle macchine utilizzatrici (torni, seghe, trapani, carrelli, ecc.).

L’invenzione della macchina a vapore costituisce l’atto di nascita della civiltà industriale.

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MICROFONO A CARBONE DI HUGHES

Il dispositivo che qui viene presentato riproduce il semplice e rudimentale trasmettitore a carbone inventato dall'inglese David Edward Hughes (1831-1900) che nel 1877 era rientrato in Inghilterra dagli Stati Uniti, dove era emigrato.

Quel dispositivo, che destò grande sensazione e stupore per la sua semplicità ed efficacia, è il precursore dei microfoni a carbone utilizzati nei successivi sviluppi della telefonia, della radio e della radiotelefonia.

L'esemplare è costituito da due tavolette rettangolari: una orizzontale che fa da base ed una verticale che poggia sulla prima e sostiene il microfono vero e proprio.

Questo è costituito da un cilindretto verticale di carbone che poggia, tramite le sue estremità appuntite, su due cilindretti.

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MODELLO DI RICEVITORE PER TELEFONO DI BELL

Questo ricevitore era parte dei primi apparecchi telefonici industriali e permetteva la ricezione della voce. Bell compì molti studi di acustica ed ortofonia che lo condussero all'invenzione del telefono. Bell presentò il suo primo brevetto sul telefono il 14 febbraio 1876 e questi fu accettato il 7 marzo dello stesso anno . Nello stesso anno presentò il suo telefono all'Esposizione di Filadelfia dove ottenne molto successo che gli permise di trovare i finanziamenti per realizzarlo su scala industriale.

E' costituito da una custodia cilindrica di ebanite e da un padiglione circolare. All'interno della custodia cilindrica è inserito un magnete rettilineo. Il polo del magnete reca un nucleo di ferro dolce attorno al quale è avvolto un elettromagnete i cui capi terminano ad una coppia di serrafili posti sull'estremità della custodia cilindrica. L'elettromagnete è immerso in un bagno di cera che isola il circuito. Davanti a questo elettromagnete, in corrispondenza della svasatura del padiglione, è inserita una sottile membrana in ferro dolce. Vicino ai serrafili è presente un gancio che serviva per appendere il ricevitore al telefono.

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PENDOLO DI WALTENHOFEN

Apparecchio per lo studio delle correnti indotte

Lo strumento è un pendolo montato su un elettromagnete con nuclei verticali ed espansioni polari sagomate. Al pendolo è sospeso un disco di rame massiccio che oscilla tra le espansioni polari. Finché non esiste campo magnetico il disco di rame oscilla fra i poli dell’elettrocalamita, ma quando l’elettromagnete è attivato esso si arresta come se fosse bruscamente frenato. La spiegazione è da ricercarsi nelle correnti indotte che si oppongono al moto del pendolo e quindi lo frenano. Nello stesso tempo si osserva un aumento di temperatura del pendolo perché la sua energia cinetica si è trasformata in calore. Utilizzando un disco di rame con fessure radiali le correnti indotte non si generano e il pendolo continua ad oscillare.

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PIANO INCLINATO

Il piano inclinato è un semplice sistema fisico studiato sin dall'epoca degli Egizi che lo usavano per sovrapporre i pesanti blocchi di pietra uno sull'altro.

Esso riveste un ruolo importante nella storia della fisica, visto dapprima come macchina semplice utile per sollevare oggetti pesanti, poi da Galileo come mezzo di indagine sulla caduta dei gravi e, in questo contesto, il suo studio assume un aspetto fondamentale.

Un piano ben levigato, per far sì che l'attrito sia trascurabile, che forma con l'orizzontale un angolo q. Lungo tale piano si fa quindi scivolare un corpo, generalmente sferico, anch'esso ben levigato, e quindi effettuando misurazioni a vari angoli e con varie masse, si riesce a determinare il valore dell'accelerazione di gravità, ovvero quella grandezza che regola il moto dei corpi verso il centro della Terra. Il valore trovato da Galileo risulta di poco inferiore a quello oggi noto (9,80665 m/s2), a causa di errori sistematici dovuti all'attrito, che non poteva essere completamente eliminato.

Altra importante scoperta, fatta da Galileo, con gli esperimenti sul piano inclinato è la legge di conservazione dell'energia: notò infatti che il moto (in particolare la velocità) della sfera lungo il piano è indipendente dalla massa della sfera stessa. Questo risultato è stato ripetuto con l'esperimento della caduta dei gravi, che ha verificato come tutti i corpi cadano con la stessa velocità, laddove è trascurabile la resistenza opposta dal mezzo (l'aria).

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PILA DI VOLTA

E’ la prima pila della storia dell’elettricità dinamica, iniziata con la sua invenzione nel 1800 da parte di Volta.

E’ formata da un certo numero di coppie sovrapposte di dischi di rame e di zinco con intercalati dischi di feltro inumiditi con una soluzione di acido solforico. Fu presto sostituita da altre forme per ovviare ai difetti che venivano rivelandosi con l’uso.

Costituisce comunque l’immagine emblematica dell’avvento dell’era dell’elettricità.

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POMPA ASPIRANTE E POMPA PREMENTE

Una pompa è una macchina operatrice (cioè che necessita di lavoro esterno per funzionare) usata per comprimere o spostare sostanza liquide (pompe idrauliche) o gassose (pompe pneumatiche), ma anche solide se in forma granulare o polverulenta. In relazione al moto dell'organo che realizza lo spostamento del fluido nel loro interno, le pompe si dividono in alternative (perché si ha un movimento su e giù di uno stantuffo entro un cilindro) o rotative (dato che è presente una girante palettata).

Nel contesto delle pompe alternative, le più comuni e antiche erano quelle aspiranti, intendendo con questo termine che lo spostamento del fluido avviene mediante una depressione e ciò in contrapposizione a quanto accade invece nelle pompe cosiddette prementi nelle quali è una compressione a muovere il fluido. Quando il movimento del fluido avviene sia per depressione che per compressione, una simile pompa è detta aspirante - premente. L'esempio più semplice è la pompa a mano per gonfiare le ruote delle biciclette, in cui muovendo il pistone su e giù l'aria atmosferica viene aspirata e quindi inviata leggermente compressa entro la camera d'aria. Le pompe alternative di questo tipo vengono dette anche a semplice effetto, poiché è solo una delle due superfici del pistone nel loro interno che elabora il fluido prima in depressione e poi in compressione.

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TELEFONO DA CAMPO (TEDESCO WEHRMACHT DELLA SECONDA GUERRA MONDIALE )

Il telefono riporta i timbri di accettazione waffen e l' anno di produzione 1943, è un telefono da campo contenuto entro una cassetta in bakelite estremamente robusta, l’aspetto è sobrio e funzionale, sul coperchio ribaltabile sono rivettate due targhette in materiale sintetico, una riporta l’alfabeto fonetico tedesco (mancante) utile per evitare fraintendimenti durante le comunicazioni, l’altra è a fondo bianco per poter annotare qualche informazione a matita od il nominativo della stazione. Alcuni esemplari riportano una striscia verde o gialla orizzontale su questa targhetta; gli esemplari più vecchi si riconoscono immediatamente dal fatto che nella tabella fonetica manca il termine “Schule”.

Osservando l’esterno dell’apparato si notano: due attacchi laterali per la cinghia di trasporto a spalla munita di gancio per appendervi il microtelefono (cornetta); sul lato destro e sul frontale due “volet”, o sportellini girevoli, in lamiera: ruotando il primo si scopre il mozzo sul quale avvitare la manovella del magnete, tramite l’altro si accede alle due prese di linea supplementari; il congegno di chiusura del coperchio; due griglie, una sulla parte frontale e l’altra sul retro sono poste a facilitare la udibilità della suoneria.

Aprendo l’apparecchio si osservano: all’interno del coperchio gli schemi elettrico e costruttivo del telefono a destra e sinistra, mentre, al centro, è una molla a lamina utile a mantenere al suo posto il microtelefono durante il trasporto; sul lato sinistro sia sul bordo del coperchio che su quello del corpo dell’apparato sono riportate delle guarnizioni in gomma nera che consentono di chiuderlo anche con i cavi di linea e della cornetta allacciati; a sinistra il vano batteria con relativo coperchio ed un recesso per riporre il cavo di collegamento fra due apparati; al centro una basetta in bakelite con i morsetti di linea identificati dalle sigle“La” ed “Lb/E”, la presa a cinque poli del cavo del microtelefono, quella a due poli della cuffia supplementare ed il tasto bianco prova linea. A lato il Corso Roma, 100 – 73014 GALLIPOLI (LE) - Tel. 0833/261010 (Presidenza) – 0833/266165 (Segreteria) Fax n. 0833/263592 - Cod. Fisc. 82001870755 – email LEIS012001@istruzione.it sito web www.liceoqennio.gov.it – pec LEIS012001@pec.istruzione.it

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posto ove riporre la manovella del magnete; la parte superiore del telaio, in alluminio, è stampata in modo che il microtelefono possa essere riposto in una sola posizione.

Essendo stato prodotto da varie fabbriche in tempi diversi, i telefoni differiscono sia per colore che per materiali e uso di diverse vernici protettive.

La bakelite può variare dal colore quasi nero, al marrone chiaro attraverso tutta una serie di diverse tonalità. Le parti metalliche della chiusura, degli attacchi per cinghia ed i “volet” possono essere sia in ferro verniciato di nero che in alluminio dipinto con un colore scuro grigio-ferro ruvido e sono fissate al corpo del contenitore in bakelite con rivetti o con viti bloccate all’interno con un sigillante di colore bianco o grigio.

Tolte due viti sul pannello superiore, si può estrarre il telaio interno in alluminio dello spessore di due millimetri, sul quale sono fissati tutti i componenti del telefono. Smontati i due lamierini che proteggono ai lati l’apparecchiatura si osserva: a sinistra il vano batteria separato e fissato al telaio con due viti che può essere sia in bakelite che in lamierino di ferro con coperchio con o senza maniglia.

Il tipo in bakelite è più stretto e lascia spazio verso l’interno per riporre il cavo di collegamento supplementare; quello in lamiera, al contrario, occupa tutto lo spazio mettendo insieme nello stesso contenitore sia la batteria che il cavo citato (Vermittlungsschnur = cavo di collegamento); al centro la suoneria, la bobina di autoinduzione, i due condensatori e le varie prese per il microtelefono, la cuffia e, frontalmente, quelle per il cavetto di collegamento; a destra il magnete.

La cornetta, in bakelite, è dotata di interruttore di alimentazione del microfono sulla impugnatura e di anello per agganciarla sia alla cinghia di trasporto che dove si vuole per comodità d’uso. Le capsule microfoniche ed auricolari sono esattamente identiche sia per caratteristiche che dimensioni a quelle sino a pochi anni fa in uso nei telefoni civili; il cavo di collegamento a quattro poli è rivestito in cotone di vari colori dal nero al marrone chiaro.

Lo spinotto di collegamento all’apparecchio può essere sia a cinque come quattro poli, non è possibile sbagliare nel montaggio esistendo un solo modo di innestarlo, è dotato di una maniglietta di varie fogge per maneggiarlo senza pericolo di strappare il cavo.

E’ anch’esso in bachelite di vari colori ma ne esistono anche in lamierino zincato; quasi sempre riporta la data di costruzione ed un semplice schema elettrico delle connessioni microfonoauricolare.

La manovella del magnete, infine, può essere sia in ferro che di alluminio con l’impugnatura in bakelite.

Gli esemplari osservati furono costruiti negli anni tra il 1935 ed il 1944.

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TASTO MORSE (APP. TRASMITTENTE) - TELEGRAFO MORSE (APP. RICEVENTE)

Tasto Morse o apparecchio trasmittente usato per l'apertura e la chiusura rapida di circuiti elettrici e in particolare per trasmettere messaggi con alfabeto Morse. un apparecchio trasmittente, costituito da un tasto che abbassato, stabilisce un contatto tra il filo e una pila; Telegrafo Morse o apparecchio ricevente costituito dall'elettrocalamita, da una barretta di ferro che, quando è attirata dall'elettrocalamita, va a premere contro una strisciolina di carta che fa parte di un rotolo.

Questa striscia di carta gira con moto uniforme su una ruota.

Quando il telegrafista delle rete trasmittente abbassa il tasto, stabilisce un contatto tra il filo e la pila; la corrente elettrica della stazione ricevente va dalla pila al filo, e attraverso questo va a finire all'elettrocalamita della stazione ricevente.

Questa, per affetto della corrente, diventa calamitata e attrae a se la sbarretta di ferro, che va premere contro la strisciolina di carta che gira sulla ruota; e siccome la barretta è inchiostrata, imprime sulla carta un segno.

Se il tasto resta abbassato appena un attimo, il segno è un semplice punto; se invece il tasto resta abbassato più a lungo, il segno diventa una linea. Combinando insieme linee e punti, il Morse creò uno speciale alfabeto, che è tuttora in uso.

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VASI COMUNICANTI

Quella dei vasi comunicati è una delle esperienze più note, perché, come altri fenomeni legati all’esperienza quotidiana, sembra andare contro l’intuizione. Questa infatti ci dice che la stessa quantità di liquido raggiunge livelli diversi se versata in recipienti di diversa capacità o forma, cosa che però non succede se i recipienti sono in comunicazione. Le superfici libere del liquido nei vari recipienti debbono disporsi necessariamente sullo stesso piano orizzontale, altrimenti il liquido non sarebbe in equilibrio. La figura illustra il classico esperimento dei vasi comunicanti, diretta conseguenza della legge di Stevin, la quale afferma che la pressione dovuta ad una colonna di fluido dipende dalla profondità e non dalla sezione del recipiente o dalla sua forma. E quest'esperienza, lo illustra a perfezione: il livello dell'acqua è lo stesso in tutti i rami!

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