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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 – 2007 Volume, massa e densità 1) Barattoli, bottiglie, sassi e biglie 2) Laria intrappolata nella sabbia 3) La densità dellacqua e della sabbia (asciutta e bagnata) 4) La densità del vetro e dellacciaio 5) Una soluzione di acqua e sale Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Attività 1) Tarare un recipiente, misurare volumi con un recipiente tarato 2) Misurare il volume dellaria 3) Misurare e correlare volumi e masse 4) Determinare la densità 5) Misurare la densità e la concentrazione di una soluzione Concetti 1) il volume come spazio occupato in 3 dimensioni; lunità di misura del volume; il volume si conserva 2) anche laria occupa spazio 3) proporzionalità diretta fra massa e volume; concetto di densità; unità di misura della densità 4) concetto di densità; unità di misura della densità 5) il volume la massa si conservano? Densità e concentrazione di una soluzione Volume, massa e densità-1

2 Volume, massa e densità Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Consegna: tutto quello che si può fare con barattoli o bottigliette da tarare, piccoli recipienti (bicchieri di carta e/o misurini), campioni di materiali diversi /sassi e polveri), cannucce da bibita …. Occhiello volume La misura di volume nel SI l'unità di misura del volume nel SI è il metro cubo; il metro cubo si indica con il simbolo m 3 (è un simbolo non una abbreviazione ed è importante non dimenticare l'esponente!), il metro cubo ha multipli e sottomultipli decimali, sono sottomultipli utili del metro cubo il decimetro cubo (dm 3 ) e il centimetro cubo (cm 3 ): 1 dm 3 = 0,001 m 3 1 cm 3 = 0, m 3 Occhiello densità volume e peso (massa) sono grandezze fisiche diverse e hanno unità di misura diverse, c'è un legame fra volume e peso: per oggetti fatti della stessa sostanza, se i volumi sono uguali anche i pesi sono uguali mentre, se i volumi sono diversi, al volume maggiore corrisponde un peso maggiore (in modo proporzionale), per oggetti fatti di sostanze diverse, anche se i volumi sono eguali, i pesi possono essere diversi, la densità di un oggetto è il peso che corrisponde a un volume unitario, pari cioè a una unità di misura del volume, la densità dell'acqua è pari a 1 g per cm 3, cioè 1 cm 3 di acqua ha un peso pari a 1 g, la densità relativa di un oggetto è il rapporto fra il peso dell'oggetto e il peso di un eguale volume di acqua. Occhiello massa La misura della massa nel SI l'unità di misura della massa nel SI è il chilogrammo il chilogrammo si indica con il simbolo kg (è un simbolo non una abbreviazione), il kg ha multipli e sottomultipli decimali, sono sottomultipli utili del kg l ettogrammo (hg) e il grammo (g): 10 hg = 1 kg ; 1000 g = 1 kg Volume, massa e densità-2

3 Aspetti didattici: -i criteri di scelta dellunità di misura del volume -lo strumento tarato permette di risalire al valore della grandezza fisica che interessa leggendo direttamente un'altra grandezza fisica -che cosa è veramente lo spazio occupato? Barattoli, bottiglie, sassi e biglie Interdisciplinarietà e continuità: - giochi di travaso (materna, elem.) Riferimenti: - G. Meraviglia, A. Pallotti – Oggetti – Laboratorio minimo di Mario Lodi, Editoriale Scienza, Trieste, B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, S.M.S. E. Fermi di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico - Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: -il volume come spazio occupato in tre dimensioni -unità di misura del volume arbitrarie/convenzionali, sistema di unità SI -procedura di taratura (strumento muto e strumento graduato) -volume e capacità -nel caso delle biglie, ottenere il volume della singola biglia dividendo il volume totale per il numero di biglie -il volume si conserva? -utilità di un modello per capire perché il volume si conserva Oggetti: barattoli o bottigliette da tarare, piccoli recipienti (bicchieri di carta e/o misurini), cilindro graduato, nastro adesivo; campioni di materiali diversi (sassi, biglie, pongo ecc.) Attività:taratura scegliere un recipiente come campione di misura, riempirlo di acqua e versarlo nel recipiente, ripetere loperazione segnando ogni volta il livello raggiunto, indicare il numero di riporti e lunità di misura. Misura di volume col recipiente tarato riempire di acqua fino a un certo livello il recipiente tarato e leggere il volume di acqua immergere l'oggetto e leggere il nuovo volume calcolare la differenza fra i volumi esprimere il volume come numero e unità di misura 1b b 5b 3b 2b 4b 6b Volume, massa e densità-3a

4 Barattoli, bottiglie, sassi e biglie La fisica: - procedura di taratura (strumento muto e strumento graduato) - scelta dellunità di misura: arbitraria -->bicchierino; convenzionale -->cilindro graduato (ml, unità SI: cm 3 ) - le tacche sulla scala graduata indicano direttamente il livello raggiunto dallacqua, ma indirettamente indicano il volume, perché il numero associato è quello delle unità di misura di volume riportate - la misura va sempre espressa indicando numero e unità di misura - volume e capacità esprimono la stessa grandezza fisica, quindi si possono stabilire equivalenze fra lunità di misura bicchierino, lunità di misura ml e lunità di misura cm 3 (es. 1 b = 50 ml = 50 cm 3 ) - nel travaso, il volume dellacqua si conserva - immergendo un oggetto non solubile, viene spostato un uguale volume di acqua - il volume delloggetto è quindi pari al volume di acqua spostata e si calcola facendo la differenza fra il volume dopo limmersione e il volume prima dellimmersione - nellimmersione, il volume di un oggetto non solubile si conserva 1b b 5b 3b 2b 4b 6b Contesto: -la conduzione di attività di travaso è consigliata a tutti i livelli, anche in previsione di un raccordo con la scuola elementare e dellinfanzia -lanalisi dei volumi di acqua spostata consente di affrontare problematiche legate alla metrologia (misura di volumi) o alla taratura di uno strumento (taratura di un recipiente) -osservazioni più impegnative, finalizzate anche alla costruzione di un modello della materia, vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore Volume, massa e densità-3b

5 Aspetti didattici: -che cosa è veramente lo spazio occupato? -Dove va laria spostata? Laria intrappolata nella sabbia Attacco (spunti e continuità): - le formine di sabbia Riferimenti: - L. Pizzorni – Il manuale del giovane scienziato - Fabbri Editori, B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, S.M.S. E. Fermi di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico - Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti anche laria occupa spazio il volume dellaria si può misurare il volume di aria, acqua e sabbia si conservano durante tutte le operazioni in particolare, la quantità di aria spostata dallacqua versata si ritrova ora nella bottiglietta che contiene acqua il volume dellaria e il modello microscopico della struttura della materia Attività: versare nella bottiglietta tarata una certa quantità di sabbia asciutta misurarne il volume riflettere: …… è questo il vero volume della sabbia? se no, come si potrebbe misurarlo? Versare in unaltra bottiglietta graduata una certa quantità di acqua e misurarne il volume versare lacqua nella bottiglietta contenente la sabbia asciutta fino a ricoprirla interamente misurare il volume dellacqua versata e il nuovo volume della sabbia (non più asciutta) più acqua: la differenza è il volume di aria spostata Oggetti: bottigliette di plastica tarate, sabbia, acqua Volume, massa e densità-4a

6 Laria intrappolata nella sabbia La fisica: - il concetto di volume, come spazio occupato da un corpo; - anche laria intrappolata fra i granelli di sabbia, può essere considerata come un corpo che occupa tutto lo spazio non occupato dalla sabbia; - laria si sposta facilmente: la quantità di aria uscita dagli spazi fra i granelli di sabbia si ritrova ora nello spazio lasciato libero nella bottiglietta contenente lacqua, - tappando la bottiglietta e capovolgendola si può infatti misurare quanta aria ora contiene - laria si sposta facilmente perché le sue molecole sono libere di muoversi molto di più delle molecole di acqua Volume, massa e densità-4b Contesto: -la conduzione dellattività è fattibile a tutti i livelli, anche in previsione di un raccordo con la scuola elementare

7 Aspetti didattici: -massa e peso: che parola usare? -la massa come invariante di ogni corpo -la proporzionalità diretta -la densità e un semplice modello di materia -costruire un grafico che visualizzi la relazione di proporzionalità diretta La densità dellacqua e della sabbia Attacco (spunti e continuità): - le formine di sabbia Riferimenti: - L. Pizzorni – Il manuale del giovane scienziato - Fabbri Editori, B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, S.M.S. E. Fermi di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico - Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti il concetto di massa, come quantità di materia di un corpo la densità come risultato di correlazione tra massa e volume unità di misura della densità (sistema SI) la densità come caratteristica della sostanza di cui è fatto il corpo come si potrebbe determinare la vera densità della sabbia? Attività: versare nella bottiglietta tarata una certa quantità di sabbia asciutta misurarne il peso (netto) e il volume ripetere la misura con diverse quantità di sabbia e costruire il grafico massa-volume costruire lo stesso grafico per lacqua (usando unaltra bottiglietta) e metterli a confronto calcolare la densità della sabbia asciutta e dellacqua riflettere: …… è questa la vera densità della sabbia? se no, come si potrebbe misurarla? Oggetti: bilancia, bottiglietta di plastica tarata, acqua, sabbia Volume, massa e densità-5a

8 La densità dellacqua e della sabbia La fisica: - il concetto di massa, come quantità di materia di un corpo - la massa si misura con una bilancia e la sua unità di misura nel SI è il kg - la densità come risultato di correlazione tra massa e volume - la densità come caratteristica della sostanza di cui è fatto il corpo - misura diretta della densità assoluta: la massa di un corpo omogeneo è direttamente proporzionale al volume - grafico massa-volume: - i punti si allineano lungo una retta che passa per lorigine - maggiore è la densità più pendente è la retta - unità di misura della densità: g/cm 3 - densità di sabbia + aria d s+a 1,5 g/cm 3 - densità dellacqua d acqua 1 g/cm 3 Volume, massa e densità-5b Contesto: -la conduzione delle attività è fattibile a tutti i livelli, anche in previsione di un raccordo con la scuola elementare -lorganizzazione dei dati in tabelle e la loro rappresentazione grafica è particolarmente consigliata dalla terza media, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore sabbia + aria acqua

9 Aspetti didattici: la densità come rapporto fra massa e volume la densità come caratteristica di una sostanza La densità del vetro e dellacciaio Attacco (spunti e continuità): - giochi con le biglie Riferimenti: - L. Pizzorni – Il manuale del giovane scienziato - Fabbri Editori, B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, G. Rinaudo et al. – Dossier Scienze (Piano Pluriennale di Aggiornamento sui Nuovi Programmi per la Scuola Elementare), IRRSAE Piemonte, SEI, Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti il concetto di massa, come quantità di materia di un corpo la densità come risultato di correlazione tra massa e volume unità di misura della densità (sistema SI) la densità come caratteristica della sostanza di cui è fatto il corpo la densità e il modello microscopico di materia Oggetti: barattoli o recipienti graduati, biglie di vetro e di acciaio, bilancia Attività: misurare la massa di un certo numero di biglie di vetro; misurarne il volume per immersione in un recipiente graduato, calcolare la densità; ripetere le operazioni con le biglie di acciaio, cercando di tenere il volume totale vicino a quello delle biglie di vetro Volume, massa e densità-6a

10 La densità del vetro e dellacciaio La fisica: - le biglie di vetro e quelle di acciaio, pur avendo volumi simili, hanno masse molto diverse, - a parità di volume, le biglie di acciaio hanno massa molto maggiore, - la densità dellacciaio è quindi molto maggiore della densità del vetro, - sia vetro che acciaio hanno densità molto maggiore di quella dellacqua, - in un modello microscopico della struttura della materia, non sembra ci debba essere una così grande differenza di distanza fra gli atomi per acqua, vetro e acciaio, quindi si può concludere che siano gli atomi che costituiscono i tre materiali ad avere masse molto diverse: infatti lossigeno, che è lelemento più pesante nella molecola di acqua, ha una massa molto minore del silicio, che è lelemento più pesante nel vetro, che a sua volta ha una massa molto minore del vetro (in unità di massa atomica: 16 per lO, 28 per il Si, 56 per il Fe) Volume, massa e densità-6b Contesto: - la conduzione dell attività è fattibile a tutti i livelli - il calcolo esplicito della densità richiede una buona famigliarità con il rapporto in matematica

11 Aspetti didattici: la densità come rapporto fra massa e volume la densità di una soluzione varia con la concentrazione Una soluzione di acqua e sale Riferimenti: - G. Meraviglia, A. Pallotti – Oggetti – Laboratorio minimo di Mario Lodi, Editoriale Scienza, Trieste, B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, S.M.S. E. Fermi di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico - Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Concetti: -volume e massa come grandezze fisiche diverse -la massa si conserva, il volume no -aggiungendo sale, la densità della soluzione aumenta -relazione fra densità e concentrazione (massa in g di soluto in 100 g di soluzione) -soluzione satura Oggetti: barattolo tarato, acqua, sale, bilancia da cucina Attività: pesare un barattolo graduato vuoto per determinare la tara, versare nel barattolo una certa quantità di acqua (possibilmente un valore che permetta di effettuare i calcoli successivi in modo semplice), misurare la massa dellacqua versata (peso lordo - tara) e verificare sul barattolo graduato che il volume corrisponde al valore atteso, pesare una certa quantità di sale e versarla nel barattolo graduato, 5 g alla volta, rimescolando in modo da farlo sciogliere più in fretta, verificare ogni volta che la massa della soluzione aumenta come aspettato, mentre il volume rimane praticamente invariato, arrestarsi quando si raggiunge la saturazione, cioè quando il sale comincia a depositarsi sul fondo Volume, massa e densità-7a

12 Una soluzione di acqua e sale La fisica: - aggiungendo sale allacqua, il volume non cambia sensibilmente perché si forma un legame chimico molto stretto fra gli ioni Cl - e H + da un lato e gli ioni OH - e Na + dallaltro, per cui le distanze medie fra le molecole in pratica non cambiano, mentre la massa complessiva aumenta - si raggiunge la saturazione quando la ricombinazione degli ioni sopra descritta diventa poco probabile (alla saturazione ci sono circa 36 g di sale in 100 ml di soluzione: poiché il peso molecolare di NaCl è di 58,4 g, quello di H 2 O è di 18 g, si vede che ciò corrisponde ad avere circa un decimo delle molecole di acqua ricombinate). Contesto: -la conduzione di attività di travaso e soluzione è consigliata a tutti i livelli, anche in previsione di un raccordo con la scuola elementare e dellinfanzia -misure più impegnative, finalizzate alla determinazione della densità e alla costruzione di un modello della materia, vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola sec. superiore Volume, massa e densità-7b


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