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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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Presentazione sul tema: "V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica Sperimentale, Università di Torino S.I.S. – Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico - Matematico -"— Transcript della presentazione:

1 V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica Sperimentale, Università di Torino S.I.S. – Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico - Matematico - A. A – 2005 OGGETTI E CONCETTI: energia La fionda Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Lanciare piccoli oggetti La catapulta La giostra a gravità Lanciare palline Cadere e girare forza ed energia trasformazioni di energia misura dellenergia trasferita forza ed energia trasformazioni di energia misura dellenergia trasferita forza ed energia trasformazioni di energia misura dellenergia Energia-a I carrelli Urtare trasferimento di energia trasformazioni di energia conservazione dellenergia Le scale Salire trasformazioni di energia misura dellenergia trasformata la potenza

2 Energia Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Consegna: tutto quello che si può fare con bastoncini, elastici, cucchiai, molle, carrelli e …… Occhiello energia quando si "fa forza per" spostare, deformare, fermare, mettere in moto, ecc., il risultato dipende non solo dall'intensità della forza ma anche dal tratto (spostamento) lungo cui la forza agisce; la grandezza fisica che dipende sia dalla forza che dallo spostamento viene chiamata lavoro, e si misura in joule il lavoro ci permette di misurare l'energia che viene scambiata facendo forza per ottenere il risultato utile sperato; il risultato non dipende solo dalla forza o solo dallo spostamento ma dallinsieme dei due, cioè dall'energia trasferita. lunità di misura dellenergia è il joule, che è lenergia che si trasferisce o trasforma applicando una forza di 1N per uno spostamento di 1m Le caratteristiche dellenergia l'energia è importante perché permette di fare del lavoro, cioè di fare forza per ottenere un risultato utile, l'energia ha molte forme e può trasformarsi da una forma all'altra, perciò possiamo utilizzarla nella forma che più ci serve, l'energia può passare da un oggetto all'altro, perciò possiamo utilizzarla nell'oggetto che più ci serve, passando e trasformandosi l'energia si conserva; l'energia non si crea né si distrugge, l'energia può essere immagazzinata: un elastico teso, un oggetto in alto hanno energia immagazzinata, non tutte le forme di energia sono egualmente utili. Energia-2 Lavoro = forza · spostamento (L = F · s) 1J = 1N ·1m 1 joule è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che agisce per lo spostamento di 1 m lungo la sua direzione La potenza in molti casi non solo è importante lenergia trasferita o trasformata, ma anche il tempo che occorre per fare la trasformazione o il trasferimento; la potenza è lenergia trasferita o trasformata nellunità di tempo; lunità di misura della potenza è il watt, che è la potenza sviluppata quando cè uno scambio di energia di 1 J che avviene in 1 secondo potenza = lavoro / intervallo di tempo (W = L / t) 1W = 1J /1s 1 watt è la potenza necessaria per compiere il lavoro di 1 J in 1 s

3 Aspetti didattici: -fare forza per …. ottenere un risultato utile -le molte forme dellenergia -la distanza raggiunta nel lancio non dipende solo dalla forza o solo dallo spostamento ma dallinsieme dei due, cioè dall'energia trasferita Energia: la fionda Attacco (spunti e continuità): - gare di lanci Riferimenti (dove, come e per chi): -G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, www.iapht.unito.itwww.iapht.unito.it -www.funsci.comwww.funsci.com Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: lenergia - può assumere forme diverse, passare da un corpo allaltro, trasformarsi da una forma allaltra, essere immagazzinata, passando o trasformandosi, fa cose utili il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - permette di valutare quanta energia è stata trasferita o trasformata unità di misura dellenergia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione 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 scegliere la giusta orientazione prima di lasciare andare la pallina chiedere a un collega di misurare la forza, utilizzando un dinamometro o correlandola allallungamento dellelastico calcolare lenergia in gioco (usando una forza media, che potrebbe essere pari a circa la metà della forza massima applicata alla fine dell'allungamento) 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 de primadopo tratto lungo cui agisce la forza Energia-1a

4 Energia:la fionda La fisica: lenergia - può assumere forme diverse, passare da un corpo allaltro, trasformarsi da una forma allaltra, essere immagazzinata, passando o trasformandosi fa cose utili il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - permette di valutare quanta energia è stata trasferita o trasformata unità di misura dellenergia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione nota bene - per calcolare il lavoro si può utilizzare la forza media usata per allungare lelastico, che è circa pari alla metà della forza per lallungamento completo Energia-1b Contesto: -le considerazioni circa le diverse forme dellenergia e le relative trasformazioni possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare) - osservazioni più impegnative e il calcolo del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore

5 Aspetti didattici: -fare forza per …. ottenere un risultato utile -le molte forme dellenergia -la distanza raggiunta nel lancio non dipende solo dalla forza o solo dallo spostamento ma dallinsieme dei due, cioè dall'energia trasferita Energia: la catapulta Attacco (spunti e continuità): - gare di lanci Riferimenti (dove, come e per chi): -G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, www.iapht.unito.itwww.iapht.unito.it -www.funsci.comwww.funsci.com Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti: un cucchiaio, una molla, un supporto, una pallina leggera (di plastica o di carta appallottolata) Attività: fissare, con la colla o con lo scotch, la molla e il fondo del manico del cucchiaio al supporto e assicurare laltro estremo della molla al manico del cucchiaio tenere fermo il supporto con una mano, con laltra spingere giù il cucchiaio e chiedere di misurare l altezza della molla compressa eseguire il lancio, lasciando andare rapidamente il cucchiaio Sicurezza Nelluso delle molle, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap Concetti: lenergia - può assumere forme diverse, passare da un corpo allaltro, trasformarsi da una forma allaltra, essere immagazzinata, passando o trasformandosi, fa cose utili il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - permette di valutare quanta energia è stata trasferita o trasformata unità di misura dellenergia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione Energia-2a

6 La fisica: lenergia - può assumere forme diverse, passare da un corpo allaltro, trasformarsi da una forma allaltra, essere immagazzinata, passando o trasformandosi fa cose utili il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - permette di valutare quanta energia è stata trasferita o trasformata unità di misura dellenergia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione nota bene - per calcolare il lavoro si può utilizzare la forza media usata per premere la molla, che è circa pari alla metà della forza per la compressione completa Energia: la catapulta Energia-2b Contesto: -le considerazioni circa le diverse forme dellenergia e le relative trasformazioni possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare) - osservazioni più impegnative e il calcolo del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore

7 Aspetti didattici: -fare forza per …. ottenere un risultato utile -le molte forme dellenergia -le variabili che intervengono nella caduta dei dadi sono: la lunghezza del filo (cioè il dislivello) la massa del dado, la velocità …. Energia: la giostra a gravità Attacco (spunti e continuità): - richiami ed analisi di situazioni del quotidiano (luna park …) Riferimenti (dove, come e per chi): -G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, www.iapht.unito.itwww.iapht.unito.it Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Attività: fare un buco nel centro del coperchio cilindrico (che servirà come piattaforma della giostra) e inserire in esso la matita, controllando di avere una buona tenuta fissare la piattaforma a una distanza di circa 5 cm dalla punta della matita usando dado e controdado fare un buco con un diametro più largo di quello della matita vicino a unestremità dellasticciola di legno per fissare il blocco di legno verticalmente vicino al bordo della base di supporto fissare la puleggia e, dalla parte opposta, fissare lasticciola di legno; inserire verticalmente la matita nel buco allestremità opposta dellasticciola di legno e inserire il rocchetto sulla parte superiore della matita con una buona tenuta; arrotolare il cordoncino sul rocchetto e legare il dado pesante allaltra estremità. mettere la base di supporto vicino al bordo del tavolo, arrotolare la parte libera del cordoncino sul rocchetto e lasciare scendere il dado calcolare il lavoro fatto dalla forza di gravità del dado (che avrete preventivamente pesato) Concetti: lenergia - può assumere forme diverse, passare da un corpo allaltro, trasformarsi da una forma allaltra, essere immagazzinata, passando o trasformandosi, fa cose utili il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - permette di valutare quanta energia è stata trasferita o trasformata unità di misura dellenergia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione Energia-3a Oggetti: una base di supporto, il coperchio di una scatola cilindrica, una matita esagonale con la punta temperata, dado e controdado con diametro interno tali da poter inserire la matita con una buona tenuta, un rocchetto, unasta di legno, un blocco di legno, una piccola puleggia, un robusto cordoncino lungo circa 1 metro, un dado pesante

8 Energia: la giostra a gravità La fisica: lenergia - può assumere forme diverse, passare da un corpo allaltro, trasformarsi da una forma allaltra, essere immagazzinata, passando o trasformandosi fa cose utili il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - permette di valutare quanta energia è stata trasferita o trasformata unità di misura dellenergia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione Energia-3b Contesto: -le considerazioni circa le diverse forme dellenergia e le relative trasformazioni possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare) - osservazioni più impegnative e il calcolo del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore

9 Aspetti didattici: -le proprietà dellenergia; - trasferimenti di energia; - energia cinetica Energia: urti fra carrelli Attacco (spunti e continuità): - analisi di giochi e giocattoli in cui avvengono urti Riferimenti (dove, come e per chi ): - A.A.V.V.- Dimmi come funziona – Edizioni Il Saggiatore, Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: lenergia - può assumere forme diverse, passare da un corpo allaltro, trasformarsi da una forma allaltra, essere immagazzinata; - lenergia passa da un corpo allaltro o si trasforma grazie alle forze che agiscono durante linterazione il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - il lavoro determina quanta energia è stata trasferita o trasformata Oggetti: due carrelli con basso attrito che si muovono mantenendo bene la direzione e sono dotati di una molla frontale che può essere più o meno compressa; zavorre e bilancia per pesare carrelli e zavorre Attività: lanciare il primo carrello contro il secondo badando che lurto avvenga testa a testa: verificare che il primo carrello si ferma e il secondo parte circa con la stessa velocità pesare i carrelli e le zavorre; appesantire il primo carrello con una zavorra e lanciarlo contro laltro carrello scarico: osservare e descrivere che cosa succede, stimando a occhio il rapporto fra le velocità dei due carrelli in base alle distanze percorse prima di fermarsi; ripetere la prova con il primo carrello appesantito con due zavorre; usare ora il carrello scarico contro il carrello fermo appesantito di una zavorra; ripetere la prova con il carrello fermo appesantito con due zavorre; lanciare un carrello contro la parete, con la molla in condizioni di riposo (completamente estratta); ripetere il lancio con la molla parzialmente caricata. Energia-4a

10 La fisica: lenergia - può assumere forme diverse, passare da un corpo allaltro, trasformarsi da una forma allaltra, - lenergia passa da un corpo allaltro o si trasforma grazie alle forze che agiscono durante linterazione il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - il lavoro determina quanta energia è stata trasferita o trasformata nota bene: durante lurto, per il brevissimo tratto (spostamento) in cui i due carrelli sono a contatto, il carrello B fermo è soggetto a una forza F AB nella direzione dello spostamento, per cui acquista energia, mentre il carrello A in moto è soggetto a una forza F BA in direzione opposta allo spostamento, per cui perde energia; - lenergia trasferita dipende dal rapporto fra le massa dei due carrelli: se il carrello fermo è più pesante, lo spostamento è piccolo e si trasferisce poca energia; - se lurto è contro un muro di massa infinita, lo spostamento è nullo e non si trasferisce energia (urto elastico); - se lurto avviene con la molla carica e nellurto la molla si scarica, lenergia immagazzinata nella molla si trasforma in energia cinetica Energia: i carrelli Energia-4b Contesto: - la conduzione dellattività a livello ludico e qualitativo è fattibile a tutti i livelli - le considerazioni circa le diverse forme dellenergia e le relative trasformazioni possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare) - osservazioni più impegnative e lanalisi dettagliata delle forze e del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore A B F AB direzione dello spostamento F BA

11 Aspetti didattici: -il significato di energia, lavoro e di potenza Energia: la scala Interdisciplinarietà: geometria (rappresentazione dei vettori) Riferimenti (dove, come e per chi): - A.A.V.V.- Dimmi come funziona – Edizioni Il Saggiatore, Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: lenergia - può assumere forme diverse, trasformarsi da una forma allaltra, essere immagazzinata; - lenergia si trasforma grazie alle forze che agiscono durante linterazione il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - il lavoro determina quanta energia è stata trasformata la potenza - è data dal rapporto fra il lavoro fatto e il tempo impiegato Oggetti: contasecondi, metro a nastro Attività: chiedere a uno studente di salire una rampa di scale misurare il tempo di salita misurare laltezza degli scalini e quindi calcolare laltezza della rampa disegnare in scala le componenti orizzontale e verticale dello spostamento calcolare e disegnare in scala le componenti orizzontale e verticale della velocità calcolare il lavoro e la potenza Sicurezza Nel far salire o scendere le scale, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap Energia-5a

12 Energia: le scale La fisica: spazio, posizione, distanza e sua misura tempo, intervallo di tempo e sua misura componenti orizzontale e verticale dello spostamento componenti orizzontale e verticale della velocità il lavoro come prodotto della forza per la sola componente verticale dello spostamento la potenza come rapporto fra lavoro compiuto e tempo impiegato la potenza come prodotto della forza per la componente verticale della velocità spostam.orizz. spostam.vert. spostamento vel.orizz. vel.vert. velocità Energia-5b Contesto: - la conduzione dellattività a livello ludico e qualitativo è fattibile a tutti i livelli - le considerazioni circa le diverse forme dellenergia e le relative trasformazioni possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare) - osservazioni più impegnative e lanalisi dettagliata delle forze, delle componenti dello spostamento e della velocità, del lavoro e della potenza vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore


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