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 La catapulta Lanciare palline forza ed energia trasformazioni di energia misura dell’energia La giostra a gravità Cadere e girare trasferimento di energia trasformazioni di energia conservazione dell’energia I carrelli Urtare trasformazioni di energia misura dell’energia trasformata la potenza Le scale Salire V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica Sperimentale, Università di Torino “S.I.S. – Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico - Matematico - A. A. 2004 – 2005” Energia-a

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Energia Lavoro = forza · spostamento (L = F · s) 1J = 1N ·1m 1 joule è il lavoro compiuto dalla forza di 1 N che agisce per lo spostamento di 1 m lungo la sua direzione Consegna: tutto quello che si può fare con bastoncini, elastici, cucchiai, molle, carrelli 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. l’unità di misura dell’energia è il joule, che è l’energia che si trasferisce o trasforma applicando una forza di 1N per uno spostamento di 1m 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. La potenza in molti casi non solo è importante l’energia trasferita o trasformata, ma anche il tempo che occorre per fare la trasformazione o il trasferimento; la potenza è l’energia trasferita o trasformata nell’unità di tempo; l’unità di misura della potenza è il watt, che è la potenza sviluppata quando c’è uno scambio di energia di 1 J che avviene in 1 secondo potenza = lavoro / intervallo di tempo (W = L / t) 1W = 1J /1s 1 watt è la potenza necessaria per compiere il lavoro di 1 J in 1 s Energia-2

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 www.iapht.unito.it www.funsci.com 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-1a

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: 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 il calcolo del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore Energia-1b

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 www.iapht.unito.it www.funsci.com 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-2a

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: 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 il calcolo del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore Energia-2b

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 www.iapht.unito.it 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-3a

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 il calcolo del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore Energia-3b

Energia: urti fra carrelli Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti: due carrelli con basso attrito che si muovono mantenendo bene la direzione e sono dotati di una molla frontale che può essere più o meno compressa; zavorre e bilancia per pesare carrelli e zavorre Attività: lanciare il primo carrello contro il secondo badando che l’urto avvenga testa a testa: verificare che il primo carrello si ferma e il secondo parte circa con la stessa velocità pesare i carrelli e le zavorre; appesantire il primo carrello con una zavorra e lanciarlo contro l’altro carrello scarico: osservare e descrivere che cosa succede, stimando a occhio il rapporto fra le velocità dei due carrelli in base alle distanze percorse prima di fermarsi; ripetere la prova con il primo carrello appesantito con due zavorre; usare ora il carrello scarico contro il carrello fermo appesantito di una zavorra; ripetere la prova con il carrello fermo appesantito con due zavorre; lanciare un carrello contro la parete, con la molla in condizioni di riposo (completamente estratta); ripetere il lancio con la molla parzialmente caricata. Concetti: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, essere immagazzinata; - l’energia passa da un corpo all’altro o si trasforma grazie alle forze che agiscono durante l’interazione il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - il lavoro determina quanta energia è stata trasferita o trasformata Attacco (spunti e continuità): - analisi di giochi e giocattoli in cui avvengono urti Riferimenti (dove, come e per chi): - A.A.V.V.- Dimmi come funziona – Edizioni “Il Saggiatore”, 1972 - www.iapht.unito.it Aspetti didattici: le proprietà dell’energia; - trasferimenti di energia; - energia cinetica Energia-4a

Energia: i carrelli direzione dello spostamento FAB B A FBA Contesto: La fisica: l’energia - può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da una forma all’altra, - l’energia passa da un corpo all’altro o si trasforma grazie alle forze che agiscono durante l’interazione il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - il lavoro determina quanta energia è stata trasferita o trasformata nota bene: durante l’urto, per il brevissimo tratto (spostamento) in cui i due carrelli sono a contatto, il carrello B fermo è soggetto a una forza FAB nella direzione dello spostamento, per cui acquista energia, mentre il carrello A in moto è soggetto a una forza FBA in direzione opposta allo spostamento, per cui perde energia; - l’energia trasferita dipende dal rapporto fra le massa dei due carrelli: se il carrello fermo è più pesante, lo “spostamento” è piccolo e si trasferisce poca energia; - se l’urto è contro un muro di massa infinita, lo “spostamento” è nullo e non si trasferisce energia (urto elastico); - se l’urto avviene con la molla carica e nell’urto la molla si scarica, l’energia immagazzinata nella molla si trasforma in energia cinetica B A 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 l’analisi dettagliata delle forze e del lavoro vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore Energia-4b

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Energia: la scala Oggetti: contasecondi, metro a nastro Attività: chiedere a uno studente di salire una rampa di scale misurare il tempo di salita misurare l’altezza degli scalini e quindi calcolare l’altezza della rampa disegnare in scala le componenti orizzontale e verticale dello spostamento calcolare e disegnare in scala le componenti orizzontale e verticale della velocità calcolare il lavoro e la potenza Sicurezza Nel far salire o scendere le scale, 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, trasformarsi da una forma all’altra, essere immagazzinata; - l’energia si trasforma grazie alle forze che agiscono durante l’interazione il lavoro - è dato dal prodotto della forza per lo spostamento - il lavoro determina quanta energia è stata trasformata la potenza - è data dal rapporto fra il lavoro fatto e il tempo impiegato Interdisciplinarietà: geometria (rappresentazione dei vettori) Riferimenti (dove, come e per chi): - A.A.V.V.- Dimmi come funziona – Edizioni “Il Saggiatore”, 1972 - www.iapht.unito.it Aspetti didattici: il significato di energia , lavoro e di potenza Energia-5a

Energia: le scale spostamento spostam.vert. spostam.orizz. velocità La fisica: spazio, posizione, distanza e sua misura tempo, intervallo di tempo e sua misura componenti orizzontale e verticale dello spostamento componenti orizzontale e verticale della velocità il lavoro come prodotto della forza per la sola componente verticale dello spostamento la potenza come rapporto fra lavoro compiuto e tempo impiegato la potenza come prodotto della forza per la componente verticale della velocità spostam.orizz. spostam.vert. spostamento vel.orizz. vel.vert. velocità 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 l’analisi dettagliata delle forze, delle componenti dello spostamento e della velocità, del lavoro e della potenza vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore Energia-5b