ESEMPI DI APPLICAZIONE DEI CONCETTI ELEMENTARI 16/08/2014 1.

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1 ESEMPI DI APPLICAZIONE DEI CONCETTI ELEMENTARI 16/08/2014 1

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3 Una “sostanza” come può essere contenuta, distribuita in un contenitore? 16/08/2014 3

4 COSì’……. Sostanza: I libri in biblioteca 16/08/2014 4

5 ….oppure così….. 16/08/2014 5

6 Sostanza: gli abitanti nelle abitazioni COSì’……. 16/08/2014 6

7 ….oppure così….. 16/08/2014 7

8 Una “sostanza” come può essere impilata? Una “sostanza” come può essere contenuta, distribuita in un contenitore? 16/08/2014 8

9 sostanza … … 16/08/2014 9

10 sostanza … … superficie dislivello Quantità di sostanza CAPACITA’ Grandezza estensiva Grandezza intensiva 16/08/2014 10

11 Contesto globale Quartiere città Impatto ambientale eMergia Competenze Mate-scienza Gestione dei dati Linguaggi: iconico, grafico simbolico, tabella…. Territorio: nel proprio quartiere… 16/08/2014 11

12 sostanza … Come se al cinema creassi la regola di non potersi sedere a caso ma di occupare sempre prima la prima fila di sedie vicino allo schermo, poi la seconda, poi la terza… e così via In Natura c’è una regola: occupare sempre i primi posti. 16/08/2014 12

13 Il numero di casse aperte condiziona la lunghezza della coda a parità del numero di persone capacità Grandezza intensiva Quantità di sostanza 16/08/2014 13

14 REGOLA Una sostanza tende ad andare nella posizione di minimo potenziale 16/08/2014 14

15 Da un punto di vista dell’ aritmetica…. Aeree equivalenti Basi e altezze diverse 16/08/2014 15

16 Da un punto di vista fisico La quantità di sostanza è uguale ma impilata su segmenti diversi per cui raggiunge potenziali diversi. 16/08/2014 16

17 Alcune conseguenze pratiche a parità di quantità di sostanza C=numero di caselli apertiC=numero di casse aperte co da 16/08/2014 17

18 16/08/2014 18 ?

19 Abbiamo individuato la relazione tra sostanza –capacità - dislivello e la modalità con cui impilo la sostanza rilevanza da un punto di vista del potenziale… 16/08/2014 19

20 Capacità dislivello grandezza intensiva Come si immagazzina la sostanza Quantità di sostanza grandezza estensiva 16/08/2014 20

21 DENSITÀ La densità di popolazione è una misura del numero di persone che abitano in una determinata area La densità di un corpo è pari alla massa per unità di volume. Se m è la massa e V il volume si ha dunque: kgkg/m³; g/cm³ g/ml.m³gcm³gml 16/08/2014 21

22 Qualcosa di più semplice? Sotto gli occhi di tutti? 16/08/2014 22

23 DILUIZIONI DI COLORE 16/08/2014 23

24 16/08/2014 24

25 DILUIZIONI DI COLORE Sostanza: quantità di colore Capacità: volume di acqua Densità = massa / Volume Densità = quantità di sostanza/capacità Intensi tà di colore 16/08/2014 25

26 16/08/2014 26 Sostanza = quantità di luce Capacità = misura della superficie illuminata Grand. Intensiva = intensità luminosa

27 DENSITÀ La densità di popolazione è una misura del numero di persone che abitano in una determinata area a La densità di un corpo è pari alla massa per unità di volume. Se m è la massa e V il volume si ha dunque: kgkg/m³; g/cm³ g/ml.m³gcm³gml 16/08/2014 27

28 SALINITA’ La salinità è un fattore ecologico di considerevole importanza, in grado di influenzare la tipologia di organismi che vivono nell’acqua. La salinità influenza le specie di piante, batteri, animali in grado di crescere in un ambiente acquatico, o in un terreno lambito dall'acqua 16/08/2014 28

29 SALINITA’ Concentrazione salina è un parametro che esprime il contenuto in sali nell’acqua La salinità rappresenta la somma delle masse di differenti elementi chimici presenti in un dato volume di acqua 1 g di sale in 10 ml di acqua 5 g di sale in 10 ml di acqua 10 g di sale in 100 ml di acqua Volume di acquaMassa del sale 16/08/2014 29

30 SALINITA’ Concentrazione salina è un parametro che esprime il contenuto in sali nell’acqua La salinità rappresenta la somma delle masse di differenti elementi chimici presenti in un dato volume di acqua 1 g di sale in 10 ml di acqua 5 g di sale in 10 ml di acqua 10 g di sale in 100 ml di acqua CAPACITA’ QUANTITÀ DI SOSTANZA 16/08/2014 30

31 SALINITA’ Come distribuisco (impilo) una massa in un volume CAPACITA’ OceaniMar mediterraneoMar morto 35 gr di sali per 1 kg di acqua (1 l) 38.5 gr di sali per 1 kg di acqua (1 l) 300 g per chilogrammo di acqua SOSTANZA 16/08/2014 31

32 SALINITA’ Come distribuisco (impilo) una massa in un volume CAPACITA’ = volume di acqua OceaniMar mediterraneoMar morto 35 gr di sali per 1 kg di acqua (1 l) 38.5 gr di sali per 1 kg di acqua (1 l) 300 g per chilogrammo di acqua QUANTITA’ di SOSTANZA = gr di sale GRANDEZZA INTENSIVA = concentrazio ne 16/08/2014 32

33 SALINITA’ CAPACITA’ = volume di acqua OceaniMar mediterraneoMar morto 35 gr di sali per 1 kg di acqua (1 l) 38.5 gr di sali per 1 kg di acqua (1 l) 300 g per chilogrammo di acqua QUANTITA’ di SOSTANZA = gr di sale GRANDEZZA INTENSIVA = concentrazio ne 16/08/2014 33

34 SALINITA’ Come distribuisco (impilo) una massa in un volume La salinità è un fattore ecologico di considerevole importanza, in grado di influenzare la tipologia di organismi che vivono nell’acqua. La salinità influenza le specie di piante, batteri, animali in grado di crescere in un ambiente acquatico, o in un terreno lambito dall'acqua 16/08/2014 34

35 16/08/2014 35 Capacità termica Temperatura raggiunta dall’acqua in un contenitore posto sulla piastra riscaldante al variare della quantità di acqua. Capacità (contenitore) = massa di acqua Sostanza (contenuto) = calore gr intensiva = temperatura 20° 40° + Calore si somma (grandezza estensiva) Temperatura ( grandezza intensiva) è il risultato della media 20° + 40°

36 Densità di un corpo Pesa di più 1 kg di ferro o 1 kg di paglia? 16/08/2014 36

37 Densità di un corpo Come la massa si distribuisce in un volume Densità = massa / Volume Densità = quantità di sostanza / capacità 16/08/2014 37

38 INTERAZIONI TRA POPOLAZIONI INTERAZIONI INTRA SPECIFICHE La competizione è uno dei meccanismi attraverso cui opera la selezione naturale Capacità? 16/08/2014 38

39 Quando una specie di individui ha a disposizione un territorio limitato, aumenta la densità di quella specie cioè il potenziale cresce in fretta Cosa succede quando si raggiunge una elevata densità? Mancano le risorse. Le varie specie evitano di arrivare ad esaurire le risorse e adottano vari e strategie per controllare un ulteriore aumento della popolazione 16/08/2014 39

40 Controllare un aumento della densità I potenziali alti sono instabili Aumenta la densità perché aumenta la popolazione Aumenta il potenziale perché aumenta la quantità di sostanza Aumenta la densità perché ho territorio limitato Aumenta il potenziale perché ho capacità bassa 16/08/2014 40

41 meccanismi per limitare l’ accrescimento della popolazione prima che risentano dell’effetto del sovraffollamento e esauriscano completamente le risorse disponibili. Competizione è causata dall’aumentare della densità della popolazione. INTERAZIONI INTRA SPECIFICHE 16/08/2014 41

42 Fenomeni come il territorialismo La struttura gerarchica L’esodo ….. Serie di comportamenti per mantenere costante un adeguato rapporto tra maschi adulti e risorse del territorio 1 Sostanza: numero di maschi fertili (legato al numero di nascite e quindi alla popolazione) Capacità: il territorio con le sue risorse 16/08/2014 42

43 Fenomeni come il territorialismo La struttura gerarchica L’esodo ….. Gli animali tendono a restringere le dimensioni del territorio in aree ricche dal punto di vista trofico 2 16/08/2014 43

44 NO 10 piantine SI’ 10 piantine In alcune specie di uccelli monogame, maschi che difendono territori poveri di risorse non vengono scelti dalle femmine Se si semina la brughiera per aumentare la produzione di ericacee, i maschi delle pernici bianche nordiche difendono territori meno estesi 16/08/2014 44

45 Fenomeni come il territorialismo La struttura gerarchica L’esodo ….. 3 Le api operaie (sterili) allevano un numero di regine (femmine fertili) che dipende dalla quantità di risorse trofiche presenti nel territorio. Se l’ambiente è povero di risorse alimentari, il numero di regine allevate viene ridotto a poche unità 16/08/2014 45

46 16/08/2014 46 territorio Con risorse disponibili CAPACITÀ

47 Densità = come si distribuisce una determinata popolazione di individui su un determinato territorio Fattori culturali 16/08/2014 47

48 Densità = come si distribuisce una determinata popolazione di individui su un determinato territorio Fattori culturali capacità quantità di sostanza Variaz intensiva 16/08/2014 48

49 16/08/2014 49 SOSTANZA - CAPACITA’ - POTENZIALE Quando una sostanza viene immagazzinata in un contenitore si accumula aumentando progressivamente il suo potenziale. Più sostanza si immagazzina e più aumenta il potenziale della dell’ultima quantità di sostanza aggiunta. Un contenitore di capacità grande immagazzina sostanza senza aumentarne troppo il potenziale. Un contenitore di capacità piccola comporta un aumento rapido del potenziale della sostanza. Il potenziale della sostanza indica il “livello” raggiunto dalla sostanza nel contenitore. sostanza capacità potenziale

50 16/08/2014 50 DIFFERENZA DI POTENZIALE CORRENTE RESISTENZA

51 16/08/2014 51 Riprendiamo il concetto di quantità di sostanza, capacità e potenziale nella situazione a teatro

52 sostanza … Come se al cinema creassi la regola di non potersi sedere a caso ma di occupare sempre prima la prima fila di sedie vicino allo schermo, poi la seconda, poi la terza… e così via In Natura c’è una regola: occupare sempre i primi posti. 16/08/2014 52

53 Il numero di casse aperte condiziona la lunghezza della coda a parità del numero di persone capacità Grandezza intensiva Quantità di sostanza 16/08/2014 53

54 16/08/2014 54 Fino a questo momento abbiamo considerato la situazione come se sfogliassimo un album di fotografie: abbiamo considerato separatamente ciò che succede prima dell’ingresso e dopo l’ingresso

55 16/08/2014 55 Proviamo ora a considerare la situazione dinamica della coda per fare il biglietto e dell’ingresso in sala come se fosse un film, vedendo la situazione come un processo

56 16/08/2014 56 CasseCasse Situazione di attesa in coda ad alto potenziale

57 16/08/2014 57 CasseCasse Sala ad alta capacità e basso potenziale

58 16/08/2014 58 Flusso di persone attraverso le biglietterie verso la sala CasseCasse

59 16/08/2014 59 La differenza di potenziale causa un flusso di persone. Il numero di casse aperte e la rapidità con cui le cassiere danno i biglietti (resistenza) determinano il numero di persone che entrano in sala nell’unità di tempo (corrente).

60 “Nel 1997 circa un ¼ dei nuovi permessi concessi a cittadini di paesi "a forte pressione migratoria" sono stati rilasciati per motivi di famiglia; in altre parole circa 23mila immigrati sono giunti nel nostro paese principalmente allo scopo di ricongiungersi con la famiglia di origine. Si tratta di un flusso in costante crescita a testimoniare la sempre maggiore stabilità della presenza straniera nel nostro Paese.” Sostanza che si muove: Differenza di potenziale: Intensità corrente: Resistenza:

61 “Nel 1997 circa un ¼ dei nuovi permessi concessi a cittadini di paesi "a forte pressione migratoria" sono stati rilasciati per motivi di famiglia; in altre parole circa 23mila immigrati sono giunti nel nostro paese principalmente allo scopo di ricongiungersi con la famiglia di origine. Si tratta di un flusso in costante crescita a testimoniare la sempre maggiore stabilità della presenza straniera nel nostro Paese.” Sostanza che si muove: persone Differenza di potenziale: nostalgia della famiglia Intensità corrente: numero di immigranti al mese Resistenza: difficoltà burocratiche, viaggio, costi

62 Le migrazioni sono spostamenti che gli animali compiono in modo regolare, periodico (stagionale), lungo rotte ben precise. Le migrazioni sono sempre seguiti da un ritorno alle zone di partenza. Differenza di potenziale: Intensità corrente: Resistenza:

63 Le migrazioni sono spostamenti che gli animali compiono in modo regolare, periodico (stagionale), lungo rotte ben precise. Le migrazioni sono sempre seguiti da un ritorno alle zone di partenza. Differenza di potenziale: differenza di clima Intensità corrente: numero di animali che migrano nell’unità di tempo Resistenza: cacciatori, distanza, stanchezza,….

64 Modello della circolazione del sangue Sostanza che si muove: Corrente: Differenza di potenziale: Resistenza:

65 Modello della circolazione del sangue Sostanza che si muove: sangue (fluido) Corrente: quantità di sangue che il cuore pompa al minuto Differenza di potenziale: differenza di pressione determinata dalla contrazione muscolare del cuore che funge da pompa Resistenza (vene e arterie): aumenta all’assottigliarsi e all’allungarsi dei condotti (arterie, vene, capillari)

66 Sostanza che si muove: Corrente: Differenza di potenziale: Resistenza:

67 Sostanza che si muove: cocacola ; jogurt Corrente: quanto liquido scorre nell’unità di tempo Differenza di potenziale: differenza di pressione Resistenza: diametro, lunghezza e forma della cannuccia, viscosità della sostanza

68 Perché se attacchiamo troppi elettrodomestici salta la valvola? Come sono collegati i vari elettrodomestici? Come sono collegate le luci dell’albero di Natale?

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70 Come avviene il gonfiaggio di una camera d’aria? Perché se foro la camera d’aria si sgonfia? Perché quando rilascio la pompa l’aria non torna ad uscire? Perché faccio sempre più fatica a pompare? Sostanza che si muove: Corrente: Differenza di potenziale: Resistenza:

71 Come avviene il gonfiaggio di una camera d’aria? Perché se foro la camera d’aria si sgonfia? Perché quando rilascio la pompa l’aria non torna ad uscire? Perché faccio sempre più fatica a pompare? Sostanza che si muove: aria Corrente: quanta aria passa nell’unità di tempo Differenza di potenziale: differenza di pressione Resistenza: dimensione valvola, difficoltà nell’apertura

72 Sostanza che si muove: Corrente: Differenza di potenziale: Resistenza: Vasi comunicanti

73 Sostanza che si muove: acqua Corrente: volume di acqua che scorre nell’unità di tempo Differenza di potenziale: differenza di pressione, dislivello Resistenza: diametro e lunghezza dei tubi, ventolina

74 16/08/2014 74 DIFFERENZA DI POTENZIALE - CORRENTE - RESISTENZA Una sostanza ad alto potenziale in un contenitore in comunicazione con un altro contenitore a più basso potenziale si sposta in una quantità per unità di tempo quanto maggiore quanto più alta è la differenza di potenziale. Quando i due potenziali sono uguali la sostanza non si sposta. La differenza di potenziale è la causa dello spostamento della sostanza. La corrente è la quantità di sostanza che nell’unità di tempo passa per un certo punto del condotto. Non è da confondere con la velocità con cui essa si muove. A parità di differenza di potenziale, l’intensità della corrente di sostanza è determinata dal condotto entro cui fluisce. La proprietà del condotto di determinare il passaggio della corrente si chiama resistenza. differenza di potenziale resistenza corrente

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