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LE QUATTRO FORZE FONDAMENTALI Alunni: Geraldo & Mariachiara Classe 1B Alberghiero – Porto SantElpidio (FM) Tutor: prof. Pierluigi Stroppa La forza di attrazione.

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1 LE QUATTRO FORZE FONDAMENTALI Alunni: Geraldo & Mariachiara Classe 1B Alberghiero – Porto SantElpidio (FM) Tutor: prof. Pierluigi Stroppa La forza di attrazione gravitazionale e la forza elettromagnetica

2 Obiettivi di conoscenza e competenza Approfondire la conoscenza delle forze di attrazione gravitazionale ed elettromagnetica Conoscere le 4 forze fondamentali Sapere che le forze di attrazione gravitazionale ed elettromagnetica spiegano molti fenomeni da noi studiati in classe (la bussola, la rivoluzione dei pianeti intorno al Sole, le maree..)

3 Obiettivi di abilità Collegare una forza fondamentale ai fenomeni macroscopici che provoca Costruire un modello per rappresentare il campo magnetico terrestre Ideare esperimenti per visualizzare le forze di attrazione gravitazionale e la forza elettromagnetica Saper organizzare una videopresentazione per un convegno Confrontare tra loro le forze di attrazione gravitazionale e la forza elettromagnetica

4 Metodologia Lezioni frontali partecipate con uso di campioni Lavori di gruppo, role playing Invito alla produzione di videopresentazioni Ricerche bibliografiche e navigazione in rete

5 Mezzi e strumenti Libri di testo e riviste scientifiche Personal computer e videoproiettore Laboratorio scientifico Macchina fotografica digitale e videocamera Lavagne dardesia, magnetica e luminosa Minerali, calamite, bussole Modelli e poster

6 La forza di attrazione gravitazionale La forza di attrazione gravitazionale è UNIVERSALE… … cioè tutti i corpi celesti ne sentono la presenza. Essa è la più debole delle 4 forze, non si riconoscerebbe se non avesse le 2 proprietà che la caratterizzano: agisce a grandi distanze ed è sempre attrattiva. La forza gravitazionale è veicolata dalla particella GRAVITONE che non ha massa ma possiede un grande raggio di azione.

7 La legge della gravitazione universale Nel libro Philosophiae naturalis Principia Mathematica del 1687 Isaac Newton enunciò la legge di gravitazione universale: Due corpi, rispettivamente di massa m 1 ed m 2, si attraggono con una forza di intensità direttamente proporzionale al prodotto delle masse ed inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa. Tale forza ha la direzione parallela alla retta congiungente i baricentri dei corpi considerati

8 La formula Dove: F = forza di attrazione gravitazionale di m 1 su m 2 G = costante di gravitazione UNIVERSALE m 1, m 2 = masse dei corpi celesti d = distanza tra i corpi celesti m 1 x m 2 d2d2 F = G

9 Effetto dellattrazione gravitazionale del Sole sui pianeti del sistema solare

10 Impatto di un meteorite (Barringer Crater, Arizona, 1 km di larghezza), anni fa Effetto dellattrazione gravitazionale terrestre sui corpi extraterrestri In passato il nostro pianeta fu colpito più volte da questi oggetti; essi hanno lasciato tracce assai vistose soprattutto in aree desertiche (Arizona, Argentina) o nelle regioni polari.

11 Massa 1Massa 2DistanzaForza m1m1 m2m2 df m 1. m 2 f d 2 VARIAZIONE della FORZA GRAVITAZIONALE in funzione della MASSA e della DISTANZA

12 La GRAVITAZIONE è utile o dannosa? Certamente dannosa per chi cade dal tetto … … ma indispensabile per la nostra vita.

13 La rotazione terrestre genera una forza centrifuga…. … per cui senza la forza gravitazionale... … quasi tutti gli uomini verrebbero dispersi nello spazio

14 Atmosfera La Terra è unastronave: latmosfera, spazio vitale, è trattenuta dalla gravità.

15 Per la legge di Newton la Terra pesa su ogni corpo quanto lo stesso corpo pesa sulla Terra … … e la forza di Atlante non era poi così grande … doveva soltanto reggersi a testa in giù!

16 Se la velocità iniziale é abbastanza elevata il corpo non ricadrà più sulla Terra. VELOCITA DI FUGA Alla superficie della Terra è di 11 km/s ( km/h)

17 La Forza di attrazione e le maree La Fag della Luna sulla Terra causa le maree che si distinguono in due tipi: di congiunzione o sigiziali (quando i due corpi celesti sono allineati con il Sole); di quadratura, quando i tre corpi celesti formano tra loro un angolo di 90°.

18 Le Mont Saint Michel Alta marea Bassa marea

19 LA FORZA ELETTROMAGNETICA Un fenomeno dovuto alla forza elettromagnetica è il campo magnetico Terrestre. Tratta dal quaderno di Geraldo, in

20 LA FORZA ELETTROMAGNETICA E LATOMO Un altro fenomeno dovuto alla forza elettromagnetica è la rotazione nellatomo degli elettroni (con carica negativa) intorno al nucleo positivo (colore rosso nellanimazione).

21 IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE – ipotesi A Questa ipotesi spiegherebbe che il CMT è causato da unenorme barra metallica - dotata di magnetismo - posta nel nucleo terrestre; essa creerebbe le linee di forza del campo magnetico terrestre. N.B questa teoria non è esatta, perché linterno terrestre ha una temperatura molto elevata (circa 5000°C) che farebbe perdere alla barra metallica le proprietà magnetiche.

22 IPOTESI A Da una spiegazione, in

23 IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE – ipotesi B Questa ipotesi ben si sposa con le alte temperature presenti nellinterno terrestre Nel nucleo esterno ci sarebbero correnti elettriche ferrifere (forse di magnetite) che creerebbero le linee di forza del CMT.

24 IPOTESI B Da una spiegazione, in

25 Un semplice modello del CMT Con una calamita cava e del fil di ferro possiamo materializzare rispettivamente le correnti elettriche ferrifere nel nucleo esterno e le linee di forza del CMT da esse create

26 Utilità del campo magnetico terrestre Il CMT è indispensabile per la vita del pianeta. Infatti esso ci protegge dal vento solare, dai raggi cosmici e aiuta e altri animali nellorientamento. Se il CMT si indebolisse il vento solare potrebbe spazzare via latmosfera, come probabilmente accadde su Marte miliardi di anni fa.

27 Vento solare & CMT Da Le linee di forza del CMT ci proteggono dal vento solare

28 Vento solare & CMT Potremmo essere vulnerabili al vento solare nel momento in cui il CMT sinvertirà… …..tutto dipenderà dalla velocità con cui il fenomeno dinversione avverrà.. Se il processo sarà istantaneo non correremo nessun rischio.. Se linversione sarà lenta ci potrebbero essere dei problemi: in tal caso le particelle ionizzate del vento solare interferirebbero con quelle della ionosfera creando problemi alle telecomunicazioni, allorientamento degli animali migratori …. Ma non dovremmo preoccuparci più di tanto: il fenomeno è già avvenuto molte volte nel passato (lultima volta anni fa) e non sembra aver causato gravi problemi alla vita!

29 Un altro 28 agosto 1859? Potremmo essere vulnerabili al vento solare nel momento in cui il CMT sinvertirà…se lattività del Sole fosse al massimo, come accadde il 28 agosto 1859:

30 Confronto tra le due forze Lattrazione gravitazionale tra PROTONI è approssimativamente volte più debole della REPULSIONE COULOMBIANA. A lato un semplice esperimento per dimostrare che la forza elettromagnetica è più forte di quella gravitazionale.

31 La debolezza della forza di attrazione gravitazionale Gli atomi sono tenuti insieme da forze elettriche. Tra il nucleo dellatomo che ha carica positiva e gli elettroni che hanno carica negativa vi è unattrazione elettrica. Immaginiamo di poter disattivare le forze elettriche…. Come una pulce? Come un topo? No. Come un grattacielo? No, andate pure avanti. Grande come la Terra? Non siamo neanche vicini. Il raggio di un atomo tenuto insieme dalla gravità sarebbe pari a cento volte il raggio delluniverso visibile!...resterebbe comunque lattrazione gravitazionale. Quanto stretti potrebbero essere tenuti insieme il nucleo e gli elettroni dalla gravità? Quanto sarebbe grande un atomo tenuto insieme dalla gravità?

32 BIBLIOGRAFIA Nicola Dallaporta (1986), sguardo sullattuale cosmologia ed. Borla Franc Wilczek (2010), la leggerezza dellessere. La massa, letere e lunificazione delle forze ed. Mondadori Ippolita Martellotta & Rosa Anna Rizzo (2009): English for Science, facing the future lingue Zanichelli Aldo Conti & Lino Miramonti una particella molto sfuggente, in quark album cacciatori di neutrini. A cura dellINFN Antonio Masiero & Massimo Pietroni Il lato oscuro dellUniverso in La materia oscura collana asimmetrie anno 2 n°4-giugno A cura dellINFN Angela Bracco Al cuore della materia in Nuclei e stelle collana asimmetrie anno 4 n°9- settembre A cura dellINFN Alberto Del Guerra Antimateria al lavoro per la salute in antimateria collana asimmetrie anno 3 n°7-ottobre A cura dellINFN Nicola Cabibbo Le interazioni deboli in la lunga caccia al neutrino collana asimmetrie anno 2 n°3 - dicembre A cura dellINFN A.Zullini e U.Scaioni scienze della terra, edizioni ATLAS Poster INFN , 50 anni di ricerca italiana alla frontiera della scienza e della tecnologia Autori vari fisica, gli scienziati delle forze fondamentali e il loro istituto Stephen Hawking, 1988, A brief history of time, from the Big Bang to Black Holes F.Bagatti & alii (2.000) elementi di chimica, sezione C: dalla struttura dellatomo ai legami chimici. Luca Novelli (2007), Einstein e le macchine del tempo, in lampi di genio, ed. scienza

33 SITOGRAFIA


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