Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Forza e interazione MEMO 27/10/03 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/s2  0,98 N  1 N FI-1

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Forza e interazione MEMO 27/10/03 1 N è circa pari alla forza-peso di un oggetto di 0,1 kg F  0,1 kg  9,8 m/s2  0,98 N  1 N FI-2

Forza e interazione: la fionda Gruppi: / tenere il manico della fionda con una mano con l’altra tirare l’elastico stringendo la pallina tra le dita individuare i soggetti/oggetti dell’interazione scegliere la giusta orientazione prima di lasciare andare la pallina Forzadito-elastico Forza e interazione: la fionda Forzamano-bstoncino 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. FI-3

Forza e interazione: la bottiglia e la gravità Gruppi: D, E mettere acqua nella bottiglia per appesantirla appenderla all’elastico con il gancio a S osservare l’allungamento dell’elastico in relazione alla quantità di acqua Forza e interazione: la bottiglia e la gravità Forzabottiglia-elastico 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 dell’interazione con la Terra la forza di gravità è appunto la forza che caratterizza l’interazione fra l’oggetto e la Terra (FTerra-oggetto ) essa non è una proprietà dell’oggetto ma della sua interazione con la Terra in assenza di altre interazioni essa diventa la forza-peso, cioè la forza che attira l’oggetto verso il basso per riferirsi a tale interazione, la parola “peso” è ambigua, è meglio usare l’espressione “forza-peso” per riferirsi invece alla quantità di materia che costituisce il corpo, occorre usare la parola “massa” per evitare l’ambiguità della parola “peso” ForzaTerra-bottiglia FI-4

Forza e interazione: il dinamometro Gruppi: tutti quando l'elastico è scarico, segnare sul nastro lo "zero" in corrispondenza della sua fine appendere poi un oggetto (ad esempio, una bottiglietta piena d’acqua) 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 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 l’unità “chilogrammo-peso” (simbolo kgp) che però andrebbe evitata con gli allievi perché può essere confusa con l’unità di misura della massa (kg) grafico di taratura volume (ml) 0 100 200 300 400 500 forza (N) 0 1 2 3 4 5 lungh. (cm) 20 22 24,5 28 32 38 FI-5

Forza e interazione: una bilancia che ... Gruppi: A, C 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 la forza che il dinamometro registra e la variazione di forza peso individuare tutte le forze che agiscono sulla bottiglietta mentre la si solleva Fdita-bottiglia FTerra-bottiglia 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 (Fdita-bottiglia ) oltre che con la Terra (FTerra-bottiglia ) questo mostra che la forza peso di un corpo dipende dall’insieme 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! FI-6

Forza e interazione: giochi su una bilancia ... Gruppi: F chiedere a due studenti di salire ciascuno su una bilancia da bagno e di “leggere” la propria massa e convertirla in unità di forza uno di loro tira verso il basso l’elastico, mentre l’altro sta invece tirando verso l'alto ciascuno legge nuovamente la propria massa e la converte in unità di forza ciascuno confronta la variazione con la forza applicata dall’elastico Forza e interazione: giochi su una bilancia ... F elastico-amica F elastico-ragazzo FTerra-amica La fisica: la massa dei due ragazzi non cambia quando tirano l’elastico, cambia invece la loro forza peso perché si trovano a “interagire” fra di loro attraverso l’elastico (Felastico-ragazzo, Felastico-amica ) oltre che con la Terra (FTerra-ragazzo, FTerra-amica) questo mostra che la forza peso di un corpo dipende dall’insieme 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: Fpesoragazzo = FTerra-ragazzo- Felastico-ragazzo; Fpesoamica = FTerra-amica+ Felastico-amica usando un elastico tarato, si può verificare che la “nuova” forza peso è uguale alla precedente più (o meno) la forza F corrispondente all’allungamento dell’elastico (F=Felastico-ragazzo= Felastico-amica) le forze si trasmettono (in questo caso dalla mano di uno dei due, attraverso l’elastico, alla mano dell’altro) 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 FI-7

Forza e interazione: tiro alla fune Gruppi: B, G 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 l’esercizio dopo avere messo la stuoia sotto i piedi di uno di loro (possibilmente il “più debole” G Forza e interazione: tiro alla fune M FM-G FG-M Fpav-G La fisica: le forze si trasmettono (in questo caso dalla mano di una delle due, attraverso la fune, alla mano dell’altra) azione e reazione: le forze sono uguali e contrarie, ma applicate a persone diverse (FM-G = FG-M) ogni ragazza è in equilibrio perché interagisce con il pavimento con una forza uguale e contraria alla forza di interazione con la fune (FG-M = Fpav-M) nell’interazione fra le scarpe e il pavimento gioca un ruolo essenziale l’attrito nota bene: perché un corpo sia in equilibrio occorre che la risultante delle forze applicate sia nulla Fpav-M FI-8