OGGETTI E CONCETTI: energia Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 forza ed energia trasformazioni di energia misura dell’energia trasferita La fionda Lanciare piccoli oggetti forza ed energia trasformazioni di energia misura dell’energia trasferita Lanciare palline La catapulta forza ed energia trasformazioni di energia misura dell’energia La giostra a gravità Cadere e girare Il barattolo che torna indietro Rotolare immagazzinamento di energia trasformazioni di energia Sparare palline immagazzinamento di energia trasformazioni di energia La pistola trasparente Il serpentone dell’energia Giocare a domino trasformazioni di energia D. Allasia, V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica Sperimentale, Università di Torino “S.I.S. – Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico - Matematico - A. A. 2003 – 2004” Energia-1

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Energia Consegna: tutto quello che si può fare con bastoncini, elastici, cucchiai, molle 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 dall’insieme dei due, cioè dall'energia trasferita, sono esempi di energie trasferite: - l'energia trasferita dal dito all'elastico di una fionda; essa non dipende solo dalla forza Fde che il dito applica all'elastico ma anche dall'allungamento dell'elastico, - l'energia trasferita a un oggetto dal braccio che lo solleva per portarlo in alto; essa non dipende solo dalla forza Fmo, diretta verso l'alto, che la mano applica all'oggetto, ma anche dall'altezza a cui lo solleva, - l'energia trasferita dalle ruote ai freni in un'auto in corsa quando frena; essa non dipende solo dalla forza Ffr che i freni applicano alla ruota, ma anche dalla distanza di frenata. Le molte forme dell’energia L'energia può avere molte forme diverse e può trasformarsi da una forma all'altra; sono esempi di trasformazioni di energia: - l'energia muscolare del dito che diventa energia elastica della fionda quando il dito tira l'elastico per allungarlo, - l'energia muscolare del braccio che diventa energia di posizione (o energia dello stare in alto) dell'oggetto quando il braccio solleva l'oggetto per portarlo in alto, - l'energia di posizione dell'oggetto che diventa energia di movimento (o energia cinetica) dell'oggetto quando l'oggetto cade sotto l'azione della forza di gravità FTo che la Terra esercita sull'oggetto. Le caratteristiche dell’energia 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

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Energia Lavoro = forza · spostamento (L = F · s) 1 J è pari al lavoro compiuta dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione Energia-3

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Energia: la fionda Fde prima dopo tratto lungo cui agisce la forza 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 l’altra tirare l’elastico 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 all’allungamento dell’elastico calcolare l’energia in gioco (usando una forza media, che potrebbe essere pari a circa la metà della forza massima applicata alla fine dell'allungamento) Attacco (spunti e continuità): - gare di lanci 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 Concetti: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, 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 dell’energia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione Riferimenti (dove, come e per chi): G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999 (C) www.iapht.unito.it (L) www.funsci.com (L) Aspetti didattici: fare forza per …. ottenere un risultato utile le molte forme dell’energia la distanza raggiunta nel lancio non dipende solo dalla forza o solo dallo spostamento ma dall’insieme dei due, cioè dall'energia trasferita Energia-4a

Energia:la fionda l’energia La fisica: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, 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 dell’energia 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 l’elastico, che è circa pari alla metà della forza per l’allungamento completo Contesto: - è importante che ogni ragazzo costruisca la propria fionda, perché l’appropriazione dell’oggetto favorisce l’appropriazione del concetto - la conduzione dell’ attività “dare un nome alle forze” è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo ciclo della scuola elementare - l’analisi dei lanci con la fionda consente di affrontare problematiche quali: la misura di lunghezze, il calcolo del lavoro e dell’energia … Energia-4b

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Energia: la catapulta 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 l’altro estremo della molla al manico del cucchiaio tenere fermo il supporto con una mano, con l’altra spingere giù il cucchiaio e chiedere di misurare l’ “altezza” della molla compressa eseguire il lancio, lasciando andare rapidamente il cucchiaio Attacco (spunti e continuità): - gare di lanci Sicurezza Nell’uso delle molle, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap Concetti: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, 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 dell’energia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione Riferimenti (dove, come e per chi): G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999 (C) www.iapht.unito.it (L) www.funsci.com (L) Aspetti didattici: fare forza per …. ottenere un risultato utile le molte forme dell’energia la distanza raggiunta nel lancio non dipende solo dalla forza o solo dallo spostamento ma dall’insieme dei due, cioè dall'energia trasferita Energia-5a

Energia: la catapulta l’energia La fisica: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, 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 dell’energia 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 Contesto: - è importante che ogni ragazzo costruisca la propria catapulta, perché l’appropriazione dell’oggetto favorisce l’appropriazione del concetto - la conduzione dell’ attività “dare un nome alle forze” è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo ciclo della scuola elementare - l’analisi dei lanci con la catapulta consente di affrontare problematiche quali: la misura di lunghezze, il calcolo del lavoro e dell’energia … Energia-5b

Energia: la giostra a gravità Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Energia: la giostra a gravità 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, un’asta di legno, un blocco di legno, una piccola puleggia, un robusto cordoncino lungo circa 1 metro, un dado pesante 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 un’estremità dell’asticciola di legno per fissare il blocco di legno verticalmente vicino al bordo della base di supporto fissare la puleggia e, dalla parte opposta, fissare l’asticciola di legno; inserire verticalmente la matita nel buco all’estremità opposta dell’asticciola 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 all’altra 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) Attacco (spunti e continuità): - richiami ed analisi di situazioni del quotidiano (luna park …) Concetti: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, 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 dell’energia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione Riferimenti (dove, come e per chi): G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999 (C) www.iapht.unito.it (L) Aspetti didattici: fare forza per …. ottenere un risultato utile le molte forme dell’energia le variabili che intervengono nella caduta dei dadi sono: la lunghezza del filo (cioè il dislivello) la massa del dado, la velocità …. Energia-6a

Energia: la giostra a gravità La fisica: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, 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 dell’energia nel sistema SI: il joule (J) è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che si sposta di 1 m nella sua direzione Contesto: le considerazioni circa le diverse forme dell’energia e le relative trasformazioni possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare) - osservazioni più impegnative e calcolo del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore Energia-6b

Energia: il barattolo che torna indietro Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti: due barattoli con il coperchio rimovibile, un elastico robusto di lunghezza circa doppia di quella del barattolo, due dadi di bullone molto pesanti Attività: fare due buchi al centro sia della base sia del coperchio rimovibile di uno dei due barattoli far passare l’elastico attraverso il dado e poi attraverso i buchi della base e del coperchio, unendo le due estremità in modo da formare un cappio con il dado appeso a metà della corda, come mostrato in figura. nell’altro barattolo mettere il secondo dado in entrambi i casi, individuare le forze, gli “spostamenti” coinvolti e il lavoro fatto Sicurezza Nell’uso degli elastici, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap Concetti: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, 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 Attacco (spunti e continuità): - analisi di giochi e giocattoli “a carica” Riferimenti (dove, come e per chi): - G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999 (C) - S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico (A) www.iapht.unito.it (L) Aspetti didattici: le proprietà dell’energia energia potenziale ed energia cinetica attrito Energia-7a

Energia: il barattolo che torna indietro Fpav-bar La fisica: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, 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 nota bene - durante la corsa, il barattolo con il dado legato all’elastico, trasforma energia cinetica in energia elastica fino a quando si ferma e inizia a tornare indietro; al ritorno, in una prima fase trasforma energia elastica in energia cinetica per poi ritrasformarla in energia elastica fino a fermarsi di nuovo; - è possibile valutare l’energia trasferita calcolando il lavoro compiuto dalla forza di attrito fra pavimento e barattolo, Fpav-bar , che agisce in senso contrario al moto; assumendo un ragionevole coefficiente di attrito pari a 0,1, la forza Fpav-bar  0,1 FTerra-bar; misurando il totale percorso fatto dal barattolo si può calcolare l’energia comunicata inizialmente al barattolo Contesto: - la conduzione dell’attività a livello ludico e qualitativo è fattibile a tutti i livelli - le considerazioni circa le diverse forme dell’energia e le relative trasformazioni possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare) - osservazioni più impegnative e calcolo del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore Energia-7b

Energia: la pistola trasparente Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Energia: la pistola trasparente Oggetti: pistola giocattolo con involucro trasparente Attività: applicare la forza alla molla inferiore attraverso il grilletto, producendo la compressione della molla per un certo tratto la forza si trasmette alla molla superiore, che a sua volta si comprime, trasferendo l’energia alla pallina quando la molla viene rilasciata. Attacco (spunti e continuità): -analisi di giochi e giocattoli “a carica” - gare di lancio Sicurezza Utilizzando il dispositivo a molla , si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap Concetti: l'energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, essere immagazzinata; - passando o trasformandosi fa “cose utili”, si conserva; - di conseguenza non si può creare né distruggere, - ci sono forme di energia “più utili” di altre, Riferimenti (dove, come e per chi): G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999 (C) www.iapht.unito.it (L) www.funsci.com (L) Aspetti didattici: le proprietà dell’energia la distanza raggiunta nel lancio non dipende solo dalla forza o solo dallo spostamento ma dall’insieme dei due, cioè dall'energia trasferita Energia-8a

Energia: la pistola trasparente La fisica: l'energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, essere immagazzinata; - passando o trasformandosi fa “cose utili”, - non si può creare né distruggere, - ci sono forme di energia “più utili” di altre nota bene - grazie alla cassa trasparente, è possibile vedere lo “spostamento” che fa la molla quando si preme il grilletto e quindi apprezzare l’accumulo di energia nella molla, - quando si preme il grilletto l’energia elastica immagazzinata si trasforma in energia cinetica della pallina Contesto: - le considerazioni circa le diverse forme dell’energia e le relative trasformazioni possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare) - le considerazioni circa le diverse forme dell’energia e le relative trasformazioni possono essere condotte su qualsiasi altro giocattolo o dispositivo che si presti allo scopo Energia-8b

Energia: il serpentone dell’energia Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Energia: il serpentone dell’energia Oggetti: cartoncini di uguali dimensioni, matite colorate, forbici ….. Attività: preparare due tipi di cartoncini, sui quali siano stati: - scritti i “descrittori” (o “parole chiave”) relativi ai diversi tipi di energia di cui si è parlato (semplificando al massimo la nomenclatura … calore invece di energia termica, energia di movimento invece di energia cinetica, energia dei cibi invece di energia chimica, ….); - disegnati alcuni dispositivi o situazioni ambientali in cui entrano in gioco certi tipi di energia per trasformarla, oppure immagazzinarla. Come giocare dividere i giocatori in gruppi, in seno ai quali sarà nominato un capogruppo che avrà il compito di agire in qualità di portavoce distribuire un uguale numero di “carte-scritte” e di “carte-disegnate” a tutti i capogruppo, i quali a loro volta le affideranno ai propri compagni che le disporranno bene in vista davanti a sé, in attesa di utilizzarle posta sul tavolo la prima “carta–scritta”, calare a turno una “carta-disegnata” abbinandola al tipo di energia indicata dalla “carta-scritta” che si trova già sul tavolo, altrimenti “passare” il gioco al gruppo successivo, il quale calerà la “carta-scritta” che esprime il tipo di energia che il dispositivo, rappresentato dalla carta in tavola, è in grado di fornire oppure utilizzare o trasformare o immagazzinare (altrimenti “passare” il gioco o “attaccarsi” in modo analogo all’altro lato del “serpentone”) successivamente calare sul tavolo una carta (alternando scritti e disegni) con le modalità di collegamento di cui sopra Aspetti didattici: le proprietà dell’energia il percorso creatosi con il “gioco del domino” aiuta a visualizzare che alcuni oggetti o situazioni sono dei veicoli per trasferire o per trasformare l’energia Concetti: - l'energia può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, - trasformarsi da una forma all’altra, essere immagazzinata; - passando o trasformandosi fa “cose utili”, si conserva; - di conseguenza non si può creare né distruggere, - ci sono forme di energia “più utili” di altre Riferimenti (dove, come e per chi): . S.M.S Fermi di Burolo - Attività di Lab. Scientifico (A) www.iapht.unito.it (L) Attacco: gioco del domino Energia-9a

Energia: il serpentone dell’energia La fisica: l’energia può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, essere immagazzinata; passando o trasformandosi, fa “cose utili nota bene - si possono costruire delle “catene energetiche” collegando fra di loro diverse azioni oppure oggetti che “operano” la trasformazione o il trasferimento di energia Contesto: la conduzione dell’ attività ludica è fattibile a tutti i livelli, anche in previsione di un raccordo con la scuola elementare e dell’infanzia - le considerazioni circa le diverse forme dell’energia e le relative trasformazioni possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare) Energia-9b