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Classe G7 tutor Carmen Valentino corsista Pietro Ammavuta Corso Dol titolo: MP01 Esperienza didattica di base LABORATORIO VIRTUALE D ivertirsieimparare.

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1 classe G7 tutor Carmen Valentino corsista Pietro Ammavuta Corso Dol titolo: MP01 Esperienza didattica di base LABORATORIO VIRTUALE D ivertirsieimparare O n L ine Esperienza didattica sul modulo Molle e la legge di Hooke I.P.S.S.T.C G.Salvemini Classe: 1B

2 MENU Premesse La teoria Il laboratorio virtuale La scheda di lavoro Conclusione

3 Premesse Lesperienza effettuata riguarda le molle e la legge di Hooke ed è stata realizzata dagli allievi della classe 1B dellI.P.S.S.T.C G.Salvemini utilizzando un laboratorio virtuale on line perchè la scuola non è attrezzata con un laboratorio tradizionale di fisica dato che la materia è stata prevista nellordinamento a partire della.s 2010/11

4 La Teoria La legge di Hooke descrive quantitativamente le deformazioni elastiche subite da un solido al quale sia applicata una forza meccanica. Lesperienza mostra che, quando si applica a un corpo solido una forza che ne modifichi la forma in modo non irreversibile, lentità della deformazione è proporzionale alla forza applicata. Se l'intensità della forza è minore di un certo valore critico, l'allungamento prodotto è ad essa proporzionale e il grafico che rappresenta la legge è una retta (Proporzionalità Diretta). Al di sopra del limite elastico, specifico di ogni corpo e dipendente dalla sua forma e composizione, si producono deformazioni irreversibili; il grafico si discosta dall'andamento lineare e la legge di Hooke non è più valida.

5 Forza elastica Quando una molla è deformata tende a ripristinare il suo stato di riposo esercitando una forza di richiamo Per piccole deformazioni, la forza di richiamo risulta proporzionale allo spostamento dellestremo libero della molla dalla posizione di riposo (legge di Hooke): F x F x dove k = costante elastica

6 La costante elastica (k), che dipende strettamente dal materiale del corpo elastico, può essere calcolata applicando la formula inversa della legge di Hooke. Quindi se: Lo spostamento (so = x ) è in genere un allungamento, ma può anche essere un accorciamento se la molla in condizione di riposo non ha le spire a contatto. Appendendo una molla ad un gancio e attaccando alla molla un peso, la molla si allunga per effetto della forza esercitata dal peso e l'allungamento si arresta quando la forza peso viene equilibrata dalla forza elastica. La costante elastica k

7 Le molle Se si aumenta il peso applicato alla molla, l'allungamento della molla cresce in modo direttamente proporzionale fino ad un limite di elasticità. Se si supera tale limite, le deformazioni della molla divengono anelastiche, cioè permanenti; scaricando tutto il peso dalla molla, essa si trova ad avere una lunghezza maggiore che all'inizio (deformazione permanente).La costante elastica della molla che subisce una deformazione a causa di forze agenti su di essa, attraverso la formula inversa della legge di Hooke (k=-F e /x). La costante elastica, espressa con la lettera k, è un parametro la cui unità di misura è N/m. Inoltre essa è positiva, anche se dovrebbe essere negativa, in quanto è una costante e per tanto si considera solo il modulo. Più k è grande e più la molla è rigida, ovvero occorre una forza maggiore per produrre un dato allungamento La molla è un corpo elastico, generalmente fabbricato in acciaio o in bronzo (anche se per sollecitazioni limitate se ne possono usare anche altri, ad esempio materie plastiche), usato ed ottimizzato per accumulare energia meccanica e capace di subire deformazioni significative ma reversibili quando viene sottoposto a forze.

8 Diagramma forza – allungamento di una molla

9 P F el Prima legge di Newton: x Nella posizione di equilibrio la molla è allungata di un tratto x=mg/k. Equilibrio di un corpo appeso ad una molla

10 Il laboratorio virtuale Il materiale utilizzato per la simulazione virtuale degli esperimenti di fisica è tratto da FISICA2005 E una iniziativa dell'INFN ( Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), sezione di Bari, nata in occasione dellAnno Mondiale della Fisica e rivolta ai docenti di Fisica delleINFNAnno Mondiale della Fisica Scuole Medie Superiori. L'iniziativa rendere disponibile on line materiale didattico consistente in simulazioni di fenomeni di fisica selezionate da quelle reperibili su Internet, classificate e descritte da una scheda di presentazione e corredate con una scheda di lavoro per gli studenti. scheda di lavoro

11 Ecco il laboratorio con 3 tipi di molle, i pesi con massa da 50, 100 e 250 gr, e quelli di massa non nota (rosso, giallo, verde) fisi2005 /

12 Gli esperimenti sulle molle e pesi OBIETTIVO: Misurare la costante elastica di una molla e una volta nota determinare la massa di un peso incognito o l'accelerazione di gravità. PREREQUISITI: -Riconoscere il tipo di relazione esistente tra le variabili di una formula -Riconoscere dal grafico il tipo di relazione esistente tra le grandezze in esso riportate -Calcolare la pendenza di una retta -Forze elastiche e Legge di Hooke F=K*DL -Forza

13 Descrizione animazione Istruzione animazione Lanimazione Flash fa parte del PhET - The Physics Education Technology ProjectPhET - The Physics Education Technology Project Autore: © Colorado University -

14 DESCRIZIONE Animazione Flash L'animazione si basa sulle proprietà elastiche della molla. La molla è costituita da un filo di acciaio, avvolto come un elica cilindrica che, sottoposta a trazione, si allunga fino ad arrivare ad una posizione di equilibrio corrispondente ad una nuova lunghezza della molla. L'animazione permette di applicare alla molla varie forze note, permettendo così di determinare la costante elastica della molla misurando gli allungamenti. Si possono applicare anche forze incognite. Puo' essere variata la resistenza dell'aria, la costante elastica di una delle tre molle e l'accelerazione gravitazionale.

15 ISTRUZIONI Animazione Flash Con il mouse si può spostare : - il righello per misurare la lunghezza della molla - i pesi per attaccarli/staccarli dalla molla Nel pannello a destra si può far variare la resistenza dell'aria (friction), la costante elastica della molla numero 3 (stiffness spring 3) e l'accelerazione gravitazionale cambiando pianeta(Jupiter, Moon Earth,...). Si può richiedere di mostrare il diagramma dell'energia (Show Energy) e un timer per misurare il periodo di oscillazione della molla (Stopwatch).

16 SCHEDA DI LAVORO: MOLLE E LEGGE DI HOOKE Prima Fase: Rispondi prima ai seguenti quesiti Cosa accade quando appendi un peso ad una molla? In presenza della resistenza dellaria oscilla per poi fermarsi dopo un certo tempo In assenza della resistenza dellaria oscilla per sempre Se si appende ad una molla un corpo molto pesante cosa succede alla molla? Appendendo un peso ad una molla come cambia l'allungamento della molla se siamo : si deforma in modo permanente sulla Terra si allunga di più che sulla luna sulla Luna si allunga meno che sulla Terra nello spazio non si allunga

17 Seconda Fase: Misura della costante elastica della molla Posizionare il righello accanto alla prima molla e misurare la lunghezza della molla a riposo: lunghezza iniziale Li. Appendere un peso alla molla e misurare la lunghezza della molla allungata: lunghezza finale Lf. Calcolare l'allungamento della molla ǻL=Lf-Li. -lunghezza iniziale della molla Lunghezza iniziale Li = cm lunghezza finale della molla -(allungata a causa del peso applicato) Lunghezza finale Lf = cm Applicare ora alla molla numero 1 i pesi da 50gr, 100gr e 250gr, misurare l'allungamento della molla e costruire la seguente tabella dati TAB.1 SCHEDA DI LAVORO: MOLLE E LEGGE DI HOOKE

18 Nprova numero della prova effettuata mp (gr) massa del peso applicato alla molla Lf (cm) lunghezza finale della molla L (cm) allungamento della molla TAB.1 Cosa si può osservare guardando i dati riportati nella tabella? Che tipo di relazione c'è tra la massa dei pesi applicati e l'allungamento della molla? Aumentando la massa aumenta lallungamento in modo proporzionale

19 Costruire il grafico di mp*g (g=9,8 m/sec^2) in funzione di L per i dati riportati nelle tabelle TAB.1 e verificare che sia una retta la cui pendenza rappresenta proprio il valore della costante elastica della prima molla K1. m *9,81 K1 = m *9,81 = 98 L Ripetere l'esperimento utilizzando la seconda e la terza molla al fine di determinare la costante elastica K2 e K3 K2= 109 K3= 109

20 Terza Fase: Misura di pesi incogniti Scegliere una delle molle di cui si è calcolato la costante elastica K e applicare uno alla volta i tre pesi incogniti misurando l'allungamento della molla. Calcolare il peso di ciascun cilindretto e riportare i dati nella seguente tab2 cilindretto L (cm) allungamento della molla mp (gr) massa del peso applicato alla molla peso verde 775 peso giallo peso rosso SCHEDA DI LAVORO: MOLLE E LEGGE DI HOOKE

21 Quarta Fase Fare diverse prove: 1- modificando la resistenza dell'aria (friction) 2- cambiando pianeta (Earth, Jupiter, Moon,...) e verificare le risposte date nella prima fase. Appendere il peso da 250gr alla molla numero 3 e modificate l'elasticità della molla (stiffness spring3). Cosa si può osservare? Spostando il cursore verso hard (rigido) le deformazioni diminuiscono, spostando il cursore verso soft (morbido) le deformazioni aumentano Con quale procedura si potrebbe calcolare l'accelerazione gravitazionale di un pianeta? Calcolando la forza elastica di una molla di cui è noto il K e lallungamento L L* K1 g = L* K1 sulla terra g= 9,81 m/s2 sulla luna g=1,61 m/s2 m SCHEDA DI LAVORO: MOLLE E LEGGE DI HOOKE

22 Conclusioni D ivertirsi O n L ine e imparare...

23 … niente panico, signor ispettore, bisogna sapere giocare con il sapere. Il gioco è il respiro della fatica, laltro battito del cuore, non nuoce alla serietà dello studio, ne è il contrappunto. E poi giocare con la materia è un modo come un altro per abituarci a padroneggiarla. Non dia del bambino al pugile che salta la corda, è imprudente. Daniel Pennac, Diario di scuola Feltrinelli 2008 pag 131 Fine


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