Fondamenti e didattica della fisica UNIVERSITA’ DELLA CALABRIA Dipartimento di studi umanistici Corso di laurea scienze della formazione primaria Fondamenti e didattica della fisica Studentessa: Donatella Paldino Matricola: 160921 Docente: Prof.ssa Bonanno.

Unità di lavoro IL galleggiamento

introduzione La moderna conoscenza scientifica del mondo si è costruita nel tempo, attraverso un metodo di indagine fondato sull’osservazione dei fatti e sulla loro interpretazione, con spiegazioni e modelli sempre suscettibili di revisione e di riformulazione. L’osservazione dei fatti e lo spirito di ricerca dovrebbero caratterizzare anche un efficace insegnamento delle scienze e dovrebbero essere attuati attraverso un coinvolgimento diretto degli alunni incoraggiandoli, senza un ordine temporale rigido e senza forzare alcuna fase, a porre domande sui fenomeni e le cose, a progettare esperimenti/esplorazioni seguendo ipotesi di lavoro e a costruire i loro modelli interpretativi. Indicazioni Nazionali per il curricolo.

Classe di riferimento: III istituto comprensivo g pucciano Bisignano plesso Soverano Numero bambini 13 Spazi: aula scolastica Tempi: 4 ore

TRAGURDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE: Esplora i fenomeni con un approccio scientifico, con l’aiuto dell’insegnante, dei compagni, in modo autonomo osserva e descrive lo svolgersi dei fatti, formula domande, anche sulla base di ipotesi personali, propone e realizza semplici esperimenti.

prerequisiti

Obiettivi generali. Far comprendere che il galleggiamento dipende da una relazione tra sistemi (il corpo che galleggia o va a fondo ed il liquido in cui è immerso)  progettare e avviare una procedura sperimentale.

Obiettivi specifici: Portare i bambini a confrontarsi con il fenomeno del galleggiamento per acquistare consapevolezza dei seguenti fatti: - un oggetto immerso sposta l’acqua che di conseguenza tende a tornare al suo posto - peso, dimensioni (forma), e liquido usato concorrono tutti a determinare il galleggiamento o l’affondamento di un oggetto .

•Proiezioni di immagini. •Disegni •Gioco. METODOLOGIA • Brainstorming ATTIVITA’ •Esperimenti. •Proiezioni di immagini. •Disegni •Gioco. METODOLOGIA • Brainstorming • Cooperative learning • Esperienza di laboratorio • Conversazione guidata. • Utilizzo del metodo sperimentale

Discipline coinvolte: ■ Scienze ■ Matematica ■ Tecnologia ■ Italiano

PREMESSA Per introdurre ai bambini il galleggiamento è importante partire da quello che loro già conoscono, dal loro mondo, ovvero dal loro vissuto quotidiano. Tutto questo affinché gli alunni comprendano che quello che è scritto sui libri non è qualcosa di astratto o puramente teorico, ma è ciò che si verifica tutti i giorni nella nostra quotidianità.

Preconoscenze

Sperimentiamo …

Sarà capitato certo a tutti voi di farvi un bel bagno nel mare Sarà capitato certo a tutti voi di farvi un bel bagno nel mare! La prima cosa di cui ci si accorge immergendosi in tutta questa acqua è sicuramente che nell’acqua (bene o male) si sta a galla. Ma cosa significa galleggiare?  E…come galleggiano questi oggetti? Non tutti stanno a galla nello stesso modo! Qualcuno sta sopra il pelo dell’acqua, qualcuno un po’ dentro e un po’ fuori, qualcun altro appena sotto il pelo dell’acqua…

Per poter capire meglio la faccenda,proviamo ad immergere questi oggetti nell’acqua…

Materiale occorrente: Una bacinella piena di acqua. Bilancia a bracci. Oggetti di vario materiale e dimensioni diverse.(tappi di sughero pezzetto di legno, graffetta, gomma, pallina di carta di alluminio,, spugna, cd, sasso, chiodo, plastillina,polisterolo.

Procedimento: Riempiamo la bacinella di acqua Immergiamo uno alla volta gli oggetti nell’acqua e facciamo verificare ai bambini cosa succede.

Una volta preparati gli oggetti, chiediamo ai bambini di metterli nell’acqua e osservare che cosa succede. Magari prima di immergerli invitiamoli a fare delle ipotesi di che cosa accadrà. Cosa succederà al piccolo chiodo? E al tappo di sughero? Andranno subito a fondo o rimarranno a galla?

Video sui corpi che galleggiano e affondano

Un chiodo affonda; una gomma affonda; una leggerissima graffetta affonda; un tappo di sughero galleggia, così come un pezzo di polistirolo. Sì, ma…come galleggiano questi oggetti? Non tutti stanno a galla nello stesso modo! Qualcuno sta sopra il pelo dell’acqua, qualcuno un po’ dentro e un po’ fuori, qualcun altro appena sotto il pelo dell’acqua… Una spugna galleggia “quasi tutta sopra” al pelo dell'acqua, ma poi lentamente si bagna, si riempie d'acqua e “scende”, ma non va mai a fondo.

Anche noi, quando per esempio facciamo “il morto” in mare, distesi a pancia in su con braccia e gambe aperte e tutto il corpo rilassato, galleggiamo senza problemi, ma come galleggiamo? Un po' dentro e un po' fuori, infatti in questa posizione capita spesso di avere la faccia fuori dall'acqua e le orecchie invece immerse, che ascoltano il rumore delle onde.

In mare anche barche, gommoni, materassini, braccioli, salvagenti e ciambelle galleggiano, tutti con un loro specifico modo di stare “sul pelo dell'acqua”... Proviamo quindi ad osservare con più cura il tipo di galleggiamento di ciascun oggetto, per capire perché certi oggetti galleggiano e certi altri no. Quando abbiamo fatto questo esperimento con i bambini, abbiamo chiesto loro di fare ipotesi sulla questione: in base a cosa un oggetto galleggia o affonda? 

In base alla pesantezza In base alla pesantezza? (però la graffetta è molto leggera, eppure affonda!)  In base alla alla dimensione? (la spugna è molto più grande di un chiodo, eppure lei sta a galla e lui no!)  In base al materiale? (però ci sono oggetti fatti dallo stesso materiale che se messi in un modo galleggiano, mentre in un altro affondano! Per esempio il CD, oppure il pezzo di pongo che modellato a pallina va a fondo e modellato a barchetta resta a galla!) In base alla forma? (però una barchetta appoggiata sul pelo dell'acqua, se viene riempita di liquido facilmente affonda!) Questo fatto del galleggiamento è un bel problema e per svelarlo ci si può arrivare con calma, facendo molte osservazioni e molte ipotesi assieme ai bambini...

Partiamo da alcune osservazioni dirette: prendiamo gli oggetti che restano a galla e proviamo a mandarli a fondo. Per farlo dovremo tenerli e “affogarli” perchè loro non hanno la minima intenzione di rimanerci! È più difficile far rimanere sott'acqua gli oggetti che stanno a galla “sopra” al pelo dell'acqua, come il pezzo di polistirolo, rispetto a quelli che “galleggiano a metà o sotto”, come la palla di spugna o la molletta da bucato. Se per esempio proviamo ad appoggiarli al fondo e a lasciarli, il pezzo di polistirolo schizzerà verso l'alto a gran velocità! È come se l'acqua avesse una certa forza che spinge via questi oggetti e li fa salire verso l'alto...

Polisterolo legno video

Ed in effetti proprio di una forza si tratta, quella forza che fece sobbalzare dalla vasca Archimede e lo emozionò a tal punto da farlo correre per le strade completamente nudo gridando “Eureka! Ho trovato!” (così come vuole la leggenda). Non a caso la legge che regola il galleggiamento si chiama “Legge di Archimede”, il grande matematico e scienziato della Magna Grecia *

Video cartone archimede

Disteso nella sua vasca da bagno, infatti, si era accorto che quando il suo corpo si immergeva, il livello dell'acqua saliva di una certa misura. Ce ne possiamo accorgere facilmente con l'esperimento sopracitato: segniamo con un pennarello il livello iniziale dell'acqua del bichiere e poi osserviamo cosa cambia se nel bicchiere immergiamo, per esempio, un sasso. Il livello si sarà innalzato di qualche millimetro. 

Video bilancia

Precisamente, l'acqua per permettere al sasso di “entrare” si dovrà spostare di quel tanto che il sasso occupa al suo interno. In pratica i lvolume di acqua spostato sarà pari al volume del sasso (cioè dello spazio che il sasso occupa). Sì, ma detto questo, allora perchè alcuni oggetti galleggiano ed altri no? Ed è qui che giunge in aiuto la Legge di Archimede che dice che“un corpo immerso in un fluido (liquido o gas, nel caso dell'acqua: liquido!) riceve una spinta diretta dal basso verso l'alto pari al peso del volume di fluido spostato”. Il problema è che se questa spinta è più forte dell'oggetto (cioè se il volume di acqua spostato, pari a quello dell'oggetto, pesa di più del volume dell'oggetto) allora l'oggetto sta a galla; se invece la spinta è meno forte dell'oggetto (cioè se il volume di acqua pesa di meno del volume dell'oggetto) allora l'oggetto andrà a fondo.

Dunque abbiamo visto che l'acqua possiede una “forza” Dunque abbiamo visto che l'acqua possiede una “forza”. E siccome il nostro corpo in acqua galleggia, significa che il volume occupato dal nostro corpo pesa di meno di un volume uguale di acqua (siamo fatti di un'alta percentuale di acqua, ma nei nostri polmoni, per fortuna, c'è aria...dentro di noi ci sono altri gas e sostanze che hanno un peso specifico minore dell'acqua!). Per cui, esperienza comune è che se vogliamo immergerci completamente per esplorare le bellezze del fondale marino, per esempio, la forza che dobbiamo impiegare è molta (soprattutto se confrontata a quella nulla che impieghiamo per stare rilassati “a morto”). Per fare un'immersione dobbiamo quindi vincere la spinta di Archimede, muovendoci e nuotando con non poca fatica!

A questo punto, sempre riferendoci al nostro rilassante bagno nel mare, mi viene in mente un particolare da non sottovalutare. Abbiamo detto che il nostro corpo immerso in acqua galleggia....e allora perchè a riva, dove l'acqua è poca, tocchiamo il fondo senza galleggiare?Bambini cosa ne pensate ?

Video tappo di sughero.

Proviamo a fare lo stesso con un recipiente e un oggetto che solitamente sta a galla. Se nel recipiente c'è troppa poca acqua l'oggetto andrà comunque a fondo. Dopo tutti questi ragionamenti possiamo facilmente capire il perchè. 

Se il volume di acqua è troppo poco o è inferiore a quello il cui peso è pari o maggiore al peso del volume dell'oggetto, allora l'oggetto rimarrà appoggiato sul fondo (come noi quando siamo a riva e possiamo tranquillamente camminare o sdraiarci senza ricevere nessuna spinta dall'acqua verso l'alto), ma se il livello di acqua aumenterà tanto da possedere un volume più pesante del volume del corpo immerso, allora l'oggetto potrà galleggiare (ed è quello che a noi capita, per fortuna, quando ci troviamo più al largo!). Ma c'è ancora un altro dubbio su cui certamente molti di voi avranno fatto esperienza:  perchè si galleggia meglio se si è immersi nell'acqua di mare, piuttosto che se si sta a mollo in una piscina o in un lago? 

Proviamo? Video con l’uovo.

Perchè ciò avviene? Perchè il volume di acqua dolce spostato dall'uovo pesa di meno di quello dell'uovo, ma il volume di acqua salata corrispondente (chè è più densa e quindi più pesante di quella dolce) è più pesante del volume dell'uovo e questo, come abbiamo già detto, permette all'uovo di rimanere a galla. Questo spiega perchè nel mare sembriamo “più leggeri” e rimaniamo a galla più facilmente che in una piscina. *

Il comportamento di un corpo immerso in un liquido dipende da due forze : il peso di un corpo che agisce dall’alto verso il basso. La spinta idrostatica che agisce invece dal basso verso l’alto e che è pari al peso del volume di liquido spostato dal corpo.

Il corpo immerso va a fondo se il suo peso è maggiore della spinta idrostatica mentre sale verso l’alto se il suo peso è minore della spinta idrostatica

Galleggiamento e peso specifico Se si pongono dei cubetti di uguale volume, ma di materiali diversi come legno, sughero, e ferro in un recipiente contenente acqua si osserva che il legno e il sughero galleggiano mentre il ferro raggiunge il fondo del recipiente. Ciò accade perché pur avendo lo stesso volume i cubetti hanno pesi diversi. Quindi il peso specifico è dato dalla formula ps= P V

Navi e sottomarini Le navi anche se costruite con materiali molto densi, come il ferro, non affondano perché al loro interno hanno zone cave piene d’aria. La loro densità e quindi inferiore a quella dell’acqua. I sottomarini sono in grado di galleggiare o immergersi secondo le necessità proprio modificando la loro densità:essi sono infatti dotati di serbatoi che vengono riempiti di acqua per le immersioni e svuotati per le risalite.

Valutazione: Per la valutazione si terrà conto: del punteggio del test finale; dell'impegno dell'alunno in classe durante le lezioni; della partecipazione all’esperimento.

Verifica: Test composto da 3 domande a risposta aperta e 2 domanda a risposta chiusa frasi da completare. Ogni risposta esatta vale 2 punti per quelle a risposta aperta; 3punti per quella a risposta multipla 1 punto per le frasi da completare. Tempo a disposizione: 1 h.

Domande a risposta aperta Che cos’è la spinta idrostatica ? Che cosa afferma il principio di Archimede? Che cosa è il peso specifico da cosa dipende?

Completa le seguenti frasi: 1 ) Un corpo immerso sale verso la superficie del liquido se la ………………..che riceve dal liquido è superiore al suo …………. 2)Un corpo omogeneo galleggia se il ………..del materiale di cui è fatto è minore di quello del……………….in cui è immerso.

Esempio di domanda a scelta multipla: Il principio di Archimede afferma che ogni corpo immerso in un liquido riceva una spinta diretta verso l’alto: A Che lo fa galleggiare B uguale al proprio peso specifico C uguale al peso del volume di liquido spostato D uguale al volume di liquido spostato.

Esempio di domanda a scelta multipla Un corpo immerso va a fondo quando: A Non riceve la spinta di Archimede. B E’ fatto di materiale con peso specifico minore di quello del liquido. C Il suo peso è inferiore al peso del liquido spostato. D IL suo peso è superiore alla spinta idrostatica.

Nella classe in base alle risposte date si sono ottenuti i seguenti risultati : Il punteggio massimo da raggiungere era di 10 punti. Francesco Pio 10 Sabrina 10 Michelangelo 10 Francesco 10 Martina 10 Lucia 9 Luca 9 Mattia 9 Raffaele 8 Rossella 8 Marco 8 Ludovica 8 Samuele 7

Griglia di valutazione disciplinare Descrittori voto Osserva /individua/classifica E coglie analogie e differenze Di un fenomeno in modo: Sicuro e completo 10 Sicuro e preciso 9 Corretto 8 Sostanzialmente corretto 7 Essenziale 6 Non adeguato 5

Risultati ottenuti dalla classe dopo la presentazione degli esperimenti e delle verifiche

THE END