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D. Allasia, V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica Sperimentale, Università di Torino S.I.S. – Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico - Matematico.

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1 D. Allasia, V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica Sperimentale, Università di Torino S.I.S. – Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico - Matematico - A. A – 2004 OGGETTI E CONCETTI: forza e interazione La fionda Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Lanciare piccoli oggetti Il dinamometro Tiro alla fune Giochi su una bilancia da bagno La bottiglia e la gravità Tarare un elastico Tirare per vincere Pesare di meno o di più Scoprire la forza di gravità forza e interazione direzione delle forze: il vettore forza misura di una forza dai suoi effetti elasticità azione e reazione attrito azione e reazione trasmissione delle forze linterazione Terra-oggetto forza di gravità e forza peso massa e forza peso Una bilancia che funziona in uno strano modo Far cambiare il peso massa e forza peso Forza e interazione-1

2 Forza e interazione Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Consegna: tutto quello che si può fare con elastici, bastoncini, bilance da bagno, metro a nastro, palline e oggetti vari Occhiello forza forze uguali producono effetti uguali, per confrontare/misurare le forze confrontiamo/misuriamo i loro effetti, con il dinamometro si misura una forza misurando l'allungamento che essa produce quando è applicata a una molla o a un elastico, il dinamometro deve essere tarato misurando gli allungamenti prodotti da forze note, una forza nota è ad esempio la forza-peso che agisce su un nel SI, l'unità di misura della forza è il newton (N), che è circa pari alla forza-peso di un oggetto di massa 1 hg. Azione e reazione le forze sono sempre "accoppiate"; se una persona/cosa fa forza (azione) su un'altra persona/cosa, quest'ultima applica a sua volta alla prima una forza uguale e diretta in verso opposto (reazione), azione e reazione sono perciò applicate a due oggetti diversi è importante, nel rappresentare le forze di azione-reazione mediante frecce, prestare molta attenzione al punto di applicazione di ciascuna forza, oltre che alla sua intensità e direzione: la freccia va posta con la coda il più vicino possibile al punto di applicazione, nel comporre le forze applicate a un certo oggetto, in presenza di forze di azione e reazione, è importante tenere conto solo delle forze applicate a quell'oggetto e non delle forze di azione o reazione che quell'oggetto esercita su altri oggetti. F 0,1 kg 9,8 m/s 2 0,98 N 1 N Forza e interazione-2

3 Forza e interazione Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 1 N è circa pari alla forza-peso di un oggetto di 0,1 kg F 0,1 kg 9,8 m/s 2 0,98 N 1 N Forza e interazione-3

4 Aspetti didattici: - per far forza occorre essere in due -ci sono diversi tipi di forze, cioè diversi modi di interagire (muscolare, elastica, forza-peso) -relazione tra le distanze di lancio e la forza, lallungamento dellelastico e il tipo di pallina Forza e interazione: la fionda Attacco (spunti e continuità): - gare di lanci Riferimenti (dove, come e per chi): - G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere, sollevare – Laboratorio minimo di Mario Lodi - Editoriale Scienza, Trieste, 1998 (C) - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C) -www.iapht.unito.it (L)www.iapht.unito.it -www.funsci.com (L)www.funsci.com Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: la forza è una grandezza fisica che caratterizza non un oggetto, ma una interazione il "nome" della forza deve rispecchiare il nome dei due oggetti che interagiscono per individuare completamente la forza occorre definirne anche la direzione e il punto di applicazione la forza è un vettore e si rappresenta con una freccia avente la coda nel punto di applicazione riconosciamo le forze dai loro effetti: mettere in moto, accelerare, rallentare, fermare, allungare, deformare, ecc., Oggetti: un bastoncino robusto a forma di Y, un elastico, alcune palline (di plastica leggera o di carta appallottolata) Attività: tenere il manico della fionda con una mano con laltra tirare lelastico stringendo la pallina tra le dita individuare i soggetti/oggetti dellinterazione scegliere la giusta orientazione prima di lasciare andare la pallina Sicurezza Utilizzando gli elastici, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap Forza dito-elastico Forza mano-bstoncino Forza e interazione-4a

5 Forza e interazione: la fionda La fisica: la forza è una grandezza fisica che caratterizza non un oggetto, ma una interazione il "nome" della forza deve rispecchiare il nome dei due oggetti che interagiscono per individuare completamente la forza occorre definirne anche la direzione e il punto di applicazione la forza è un vettore e si rappresenta con una freccia avente la coda nel punto di applicazione riconosciamo le forze dai loro effetti: mettere in moto, accelerare, rallentare, fermare, allungare, deformare, ecc. Forza e interazione-4b Contesto : - è importante che ogni ragazzo costruisca la propria fionda, perché lappropriazione delloggetto comporta e favorisce lappropriazione del concetto - la conduzione dell attività dare un nome alle forze è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo ciclo della scuola elementare - lanalisi dei lanci con la fionda consente di affrontare problematiche legate alla metrologia ( misura di lunghezze) o alla taratura di uno strumento (taratura dellelastico) Forza dito-elastico Forza mano-bstoncino

6 Aspetti didattici: - anche la forza di gravità è lespressione di uninterazione fra due corpi, uno dei quali è la Terra - evitare possibilmente la parola peso Forza e interazione: la bottiglia e la gravità Attacco (spunti e continuità): - quella attrazione misteriosa verso il basso …. Riferimenti (dove, come e per chi): - G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere, sollevare – Laboratorio minimo di Mario Lodi - Editoriale Scienza, Trieste, 1998 (C) - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C) -www.iapht.unito.it (L)www.iapht.unito.it -www.funsci.com (L)www.funsci.com Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: la forza è una grandezza fisica che caratterizza non un oggetto, ma una interazione tutti i corpi, lasciati liberi, cadono verso il basso a causa dellinterazione con la Terra la forza di gravità o forza-peso è appunto la forza che caratterizza linterazione fra loggetto e la Terra (F Terra-oggetto ) la forza di gravità o forza-peso non è una proprietà delloggetto ma della sua interazione con la Terra per riferirsi a tale interazione, la parola peso è ambigua, è meglio usare lespressione forza-peso per riferirsi invece alla quantità di materia che costituisce il corpo, occorre usare la parola massa per evitare lambiguità della parola peso Oggetti: un elastico, una bottiglia di plastica o altri oggetti pesanti, un gancio a S Attività: mettere acqua nella bottiglia per appesantirla appenderla allelastico con il gancio a S osservare lallungamento dellelastico in relazione alla quantità di acqua Sicurezza Utilizzando gli elastici, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap Forza Terra-bottiglia Forza bottiglia-elastico Forza e interazione-5a

7 Forza e interazione: la bottiglia e la gravità La fisica: la forza è una grandezza fisica che caratterizza non un oggetto, ma una interazione tutti i corpi, lasciati liberi, cadono verso il basso a causa dellinterazione con la Terra la forza di gravità è appunto la forza che caratterizza linterazione fra loggetto e la Terra (F Terra-oggetto ) essa non è una proprietà delloggetto ma della sua interazione con la Terra in assenza di altre interazioni essa diventa la forza-peso, cioè la forza che attira loggetto verso il basso per riferirsi a tale interazione, la parola peso è ambigua, è meglio usare lespressione forza-peso per riferirsi invece alla quantità di materia che costituisce il corpo, occorre usare la parola massa per evitare lambiguità della parola peso Forza Terra-bottiglia Forza bottiglia-elastico Forza e interazione-5b Contesto : -la conduzione dell attività dare un nome alle forze è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo ciclo della scuola elementare - osservazioni più impegnative e misure più raffinate vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore

8 Aspetti didattici: -con la taratura l'elastico diventa un dinamometro, tarato in unità di forza-peso degli oggetti appesi - unità di misura di una forza arbitrarie (numero di bottigliette appese, …) e convenzionali (sistema SI) Forza e interazione: il dinamometro Attacco (spunti e continuità): quanto forte è braccio di ferro? Riferimenti (dove, come e per chi): - G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere, sollevare – Laboratorio minimo di Mario Lodi - Editoriale Scienza, Trieste, 1998 (C) - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C) - S.M.S. E. Fermi di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico (A) -www.iapht.unito.it (L)www.iapht.unito.it Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: forze uguali producono effetti uguali per confrontare/misurare le forze confrontiamo/misuriamo i loro effetti con il dinamometro si misura una forza misurando l'allungamento che essa produce quando è applicata a una molla o a un elastico nel SI, l'unità di misura della forza è il newton (N), che è circa pari alla forza-peso di un oggetto di massa 1 hg sovente viene usata lunità chilogrammo-peso (simbolo kgp) che però andrebbe evitata con gli allievi perché può essere confusa con lunità di misura della massa (kg) Oggetti: un elastico, un metro a nastro di carta e una serie di oggetti tutti uguali che si possano appendere facilmente Attività: quando l'elastico è scarico, segnare sul nastro lo "zero" in corrispondenza della sua fine appendere poi un oggetto (ad esempio, una bottiglietta piena dacqua) e segnare una prima tacca in corrispondenza della fine dell'elastico, una seconda tacca in corrispondenza di due oggetti appesi, e così via ricordare di indicare sempre l'unità di misura usata organizzare i dati in una tabella e costruire il grafico di taratura Sicurezza Utilizzando gli elastici, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap Forza e interazione-6a

9 Forza e interazione: il dinamometro La fisica: forze uguali producono effetti uguali per confrontare/misurare le forze confrontiamo/misuriamo i loro effetti con il dinamometro si misura una forza misurando l'allungamento che essa produce quando è applicata a una molla o a un elastico nel SI, l'unità di misura della forza è il newton (N), che è circa pari alla forza-peso di un oggetto di massa 1 hg sovente viene usata lunità chilogrammo-peso (simbolo kgp) che però andrebbe evitata con gli allievi perché può essere confusa con lunità di misura della massa (kg) grafico di taratura volume (ml) forza (N) lungh. (cm) , Forza e interazione-6b Contesto : -la discussione circa la necessità della taratura dellelastico è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo ciclo di scuola elementare -osservazioni più impegnative e misure più raffinate vanno adattate alla classe e alla situazione didattica - la rappresentazione grafica dei dati raccolti (grafico di taratura)e la relativa interpretazione è consigliata in modo particolare per una terza media, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore Forza e interazione-6b

10 Aspetti didattici: - individuare tutte le forze -distinguere fra massa e forza peso Forza e interazione: una bilancia che funziona in uno strano modo Attacco (spunti e continuità): - gare di forza Riferimenti (dove, come e per chi): - G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere, sollevare – Laboratorio minimo di Mario Lodi - Editoriale Scienza, Trieste, 1998 (C) - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C) -www.iapht.unito.it (L)www.iapht.unito.it Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: massa e forza peso la massa della bottiglietta non cambia quando la si solleva, cambia invece la forza peso perché la bottiglietta si trova a interagire con le dita che la sollevano (F dita-bottiglia ) oltre che con la Terra (F Terra-bottiglia ) Oggetti: una bilancia da cucina, una bottiglietta, un dinamometro Attività: mettere la bottiglietta contenente acqua sulla bilancia e pesarla sollevarla lentamente tenendola per la cima e osservare come cambia il peso eventualmente sollevarla tenendola con un dinamometro e misurare contemporaneamente la forza che il dinamometro registra e la variazione di forza peso individuare tutte le forze che agiscono sulla bottiglietta mentre la si solleva F Terra-bottiglia F dita-bottiglia Forza e interazione-7a

11 Forza e interazione: una bilancia che funziona in uno strano modo La fisica: massa e forza peso la massa della bottiglietta non cambia quando la si solleva, cambia invece la forza peso perché la bottiglietta si trova a interagire con le dita che la sollevano (F dita-bottiglia ) oltre che con la Terra (F Terra-bottiglia ) questo mostra che la forza peso di un corpo dipende dallinsieme di tutte le interazioni che avvengono fra il corpo e gli oggetti che lo circondano (vicini e lontani) le forze si compongono (somma vettoriale, cioè somma che tiene conto della direzione) le forze si trasmettono (in questo caso dalla bottiglietta alla bilancia) nota bene: per convertire la lettura della bilancia da unità di massa a unità di forza peso, tener conto che, ad esempio, a 100 g di massa corrisponde circa 1 N! F Terra-bottiglia F dita- bottiglia Forza e interazione-7b Contesto : - la conduzione dell attività, a livello qualitativo, è fattibile a partire dalla prima media - osservazioni più impegnative finalizzate anche alla elaborazione di un modello che rappresenti il fenomeno, vanno adattate alla classe e al momento (anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore)

12 Aspetti didattici: -nel rappresentare mediante frecce le forze che si trasmettono, prestare molta attenzione a indicare correttamente i punti di applicazione, la direzione, l origine e il destinatario di ciascuna forza Forza e interazione: giochi su una bilancia da bagno Attacco (spunti e e continuità): attività ludiche in coppia Riferimenti (dove, come e per chi): - G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere, sollevare – Laboratorio minimo di Mario Lodi - Editoriale Scienza, Trieste, 1998 (C) - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C) - (L)www.iapht.unito.it Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: in un oggetto solido le forze si trasmettono da un punto all'altro mantenendo la loro direzione azione e reazione Oggetti: due bilance da bagno, un elastico tarato, una riga pieghevole Attività: chiedere a due studenti di salire ciascuno su una bilancia da bagno e di leggere la propria massa e convertirla in unità di forza a uno di loro di tirare verso il basso lelastico, che laltro sta invece tirando verso l'alto di leggere nuovamente la propria massa e convertirla in unità di forza confrontare la variazione con la forza applicata dallelastico Sicurezza Utilizzando gli elastici, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap F Terra-ragazzo F elastico-ragazzo F ……. Forza e interazione-8a

13 Forza e interazione: giochi su una bilancia da bagno La fisica: la massa dei due ragazzi non cambia quando tirano lelastico, cambia invece la loro forza peso perché si trovano a interagire fra di loro attraverso lelastico (F elastico-ragazzo, F elastico-amica ) oltre che con la Terra (F Terra-ragazzo, F Terra-amica ) questo mostra che la forza peso di un corpo dipende dallinsieme di tutte le interazioni che avvengono fra il corpo e gli oggetti che lo circondano (vicini e lontani) le forze si compongono; la somma è vettoriale, cioè tiene conto della direzione: F pesoragazzo = F Terra-ragazzo - F elastico-ragazzo ; F pesoamica = F Terra-amica + F elastico-amica usando un elastico tarato, si può verificare che la nuova forza peso è uguale alla precedente più (o meno) la forza F corrispondente allallungamento dellelastico (F=F elastico-ragazzo = F elastico-amica ) le forze si trasmettono (in questo caso dalla mano di uno dei due, attraverso lelastico, alla mano dellaltro) azione e reazione nota bene: per convertire la lettura della bilancia da unità di massa a unità di forza peso, tener conto che, ad esempio, a 100 g di massa corrisponde circa 1 N! F Terra-ragazzo F elastico-ragazzo F elastico-amica F Terra-amica Contesto: -l attività, a livello ludico e qualitativo, è fattibile a tutti i livelli - la conduzione dell attività dare un nome alle forze è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo ciclo della scuola elementare - osservazioni più impegnative finalizzate anche alla elaborazione di un modello che rappresenti il fenomeno, vanno adattate alla classe e al momento (anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore) Forza e interazione-6b Forza e interazione-8b

14 Aspetti didattici: - forze visibili (muscolari degli studenti) e non visibili (elastica, di gravità, studente-pavimento, pavimento-studente…) Forza e interazione: tiro alla fune Attacco (spunti e continuità): - gare di forza Riferimenti (dove, come e per chi): - G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere, sollevare – Laboratorio minimo di Mario Lodi - Editoriale Scienza, Trieste, 1998 (C) - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C) -www.iapht.unito.it (L)www.iapht.unito.it Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: direzione delle forze azione e reazione attrito Oggetti: una lunga fune, una bandierina, una stuoia antiscivolo Attività: fissare la bandierina a metà della fune chiedere a due studenti di afferrare le due estremità, poi di allungarla e tirarla in direzioni opposte lasciare che tirino la fune restando sul pavimento liscio poi fare ripetere lesercizio dopo avere messo la stuoia sotto i piedi di uno di loro (possibilmente il più debole Sicurezza Utilizzando funi od elastici, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap F Monica-fune F ……. Forza e interazione-9a

15 Forza e interazione: tiro alla fune La fisica: le forze si trasmettono (in questo caso dalla mano di una delle due, attraverso la fune, alla mano dellaltra) azione e reazione: le forze sono uguali e contrarie, ma applicate a persone diverse (F M-G = F G-M ) ogni ragazza è in equilibrio perché interagisce con il pavimento con una forza uguale e contraria alla forza di interazione con la fune (F G-M = F pav-M ) nellinterazione fra le scarpe e il pavimento gioca un ruolo essenziale lattrito nota bene: perché un corpo sia in equilibrio occorre che la risultante delle forze applicate sia nulla G F G-M M F pav-M F M-G F pav-G Forza e interazione-9b Contesto: - l attività, a livello ludico e qualitativo, è fattibile a tutti i livelli - la conduzione dell attività dare un nome alle forze è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo ciclo della scuola elementare - osservazioni più impegnative finalizzate anche alla elaborazione di un modello che rappresenti il fenomeno, vanno adattate alla classe e al momento (anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore)


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