Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 MEMO 6/11/03 Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Forze a distanza Consegna: tutto quello che si può fare con magnetini, fermagli metallici, bilancia e un dinamometro Occhiello forze a distanza una calamita è capace di attrarre piccoli oggetti vicini; la calamita esercita sugli oggetti vicini una forza attrattiva, detta forza magnetica, che è diretta lungo la retta che li congiunge; non tutti gli oggetti possono sentire una forte attrazione magnetica, solo quelli che contengono certi tipi di metallo come il ferro e che pertanto vengono chiamati “materiali ferromagnetici”; un oggetto magnetizzato da una calamita si comporta come se fosse a sua volta magnetico, cioè diventa capace di attirare altri oggetti di ferro. Forze attrattive o repulsive avvicinando fra di loro due calamite si può osservare che si attirano oppure che si respingono; ogni calamita, qualunque sia la sua forma e dimensione, ha sempre due poli magnetici di segno diverso, che indicano zone di azione magnetica particolarmente intensa e che sono presenti agli estremi opposti: poli dello stesso segno si respingono, mentre poli di segno diverso si attirano; ai due poli magnetici viene dato convenzionalmente il nome di polo Nord e polo Sud; i due poli non possono essere separati: spezzando in due una calamita, si riformano i due poli agli estremi opposti di ciascuna parte; la forza di attrazione o di repulsione fra calamite è reciproca: se la calamita “1” attira la calamita “2”, anche la calamita “2”, a sua volta, attira la calamita “1”. La forza magnetica e il “campo” in corrispondenza dei poli magnetici la forza magnetica di attrazione o repulsione è molto intensa; nelle zone più lontane dai poli l’attrazione e la repulsione diminuiscono interporre carta o plastica tra le calamite o tra la calamita e un oggetto contenente ferro non impedisce l’azione reciproca dei due oggetti Memo-f-mag1

Forze a distanza: l’aquilone magnetico Gruppi: C, D Attività introduttive: esplorare in vari modi come è fatta una calamita e l’attrazione o repulsione che avviene fra poli eguali e poli opposti di due calamite esplorare la magnetizzazione di oggetti metallici, come una clips, quando sono avvicinati a una calamita verificare che la clips magnetizzata si comporta come un vero e proprio magnete, con poli opposti agli estremi individuare sempre le forze in gioco indicandole con il nome degli oggetti in interazione Un gioco per esplorare l’interazione a distanza. Attaccare un cordino leggero alla base del fermaglio metallico, che fungerà da “aquilone”. Appoggiare cordino e fermaglio su un tavolo e, tenendo fermo con un dito l’estremo libero del cordino, avvicinare una calamita al fermaglio, facendo in modo che la calamita lo attiri senza tuttavia toccarlo fino a quando il cordino risulti ben teso. A questo punto cominciare a sollevare la calamita badando di tirarsi dietro il fermaglio. Con il righello fissato alle calamite evidenziare la distanza massima che si può lasciare fra la calamita e l’estremo del fermaglio senza che il fermaglio cada. Confrontare la distanza massima quando il filo è verticale con quella che si riesce ad avere con inclinazione obliqua. Ripetere la prova con più fermagli appesi oppure con più calamite Memo-f-mag2 La fisica: forze a distanza: la forza di attrazione o di repulsione magnetica agisce a distanza e cresce col diminuire della distanza composizione di forze e forze in equilibrio nota bene Equilibrio delle forze La calamita attira il fermaglio con la forza Fcalamita-fermaglio che è diretta verso l’alto e permette al fermaglio di “levitare”, cioè di non cadere sotto l’azione della forza di gravità FTerra-fermaglio. Il ruolo del filo è di aggiungere la piccola forza laterale Ffilo-fermaglio in modo da equilibrare in direzione e intensità Fcalamita-fermaglio. In verticale, Fcalamita-fermaglio è minima perché Ffilo-fermaglio è nulla. Azione e reazione Anche in fermaglio esercita sulla calamita una forza Ffermaglio-calamita, diretta verso il basso, che deve essere equilbrata dalla mano che sostiene la calamita (è così piccola rispetto alla forza peso della calamita che non viene percepita). Fcalamita-fermaglio FTerra-fermaglio Ffilo-fermaglio Fcalamita-fermaglio Ffermaglio-calamita

Forze a distanza: i magnetini “infilzati” sulla bilancia Gruppi: A, B, E, F, H Attività introduttive: esplorare in vari modi come è fatta una calamita e l’attrazione o repulsione che avviene fra poli eguali e poli opposti di due calamite; per farlo più facilmente, infilare i magnetini forati sullo stecchino piantato nel pongo per tenerlo verticale individuare sempre le forze in gioco indicandole con il nome degli oggetti in interazione Attività per indagare l’interazione a distanza. Mettere pongo, stecchino e un magnetino su una bilancia da cucina e pesarli. Infilare sullo stecchino un magnete forato facendo in modo che si trovino affacciati poli eguali. Osservare la variazione di “peso”. Tradurla in variazione di “forza peso”esprimendola in newton provare a spingere verso il basso il magnetino che levita e osservare la variazione di forza peso al variare della distanza ripetere la prova allontanando verso l’alto il magnetino che levita ripetere le prove facendo affacciare le facce opposte dei magnetini ripetere le prove frapponendo tra le calamite uno spessore di carta o di altro materiale non magnetizzabile La fisica: attrazione e repulsione magnetica: poli opposti si attirano, poli eguali si respingono forze a distanza: la forza di attrazione o di repulsione magnetica agisce a distanza e cresce col diminuire della distanza composizione di forze e forze in equilibrio nota bene Azione e reazione Ogni calamita esercita sulla calamita vicina una forza uguale e contraria a quella che la calamita vicina le applica (es. Fcalamita3-calamita2 è applicata alla calamita 2 ed è diretta verso l’alto, Fcalamita2-calamita3 è applicata alla calamita 3 ed è diretta verso il basso). Equilibrio delle forze La calamita 1 è in equilibrio perché alla forza FTerra-calamita1 diretta verso il basso, si oppone la forza Fcalamita2-calamita1 diretta verso l’alto. Alla calamita 2 sono applicate due forze dirette verso il basso, FTerra-calamita2 e Fcalamita1-calamita2 che vanno equilibrate dalla forza Fcalamita3-calamita2 diretta verso l’alto: le calamite 2 e 3 debbono perciò essere più vicine perché questa forza sia il doppio della forza Fcalamita1-calamita2 1 2 3 4 Fcalamita2-calamita1 Fcalamita1-calamita2 Fcalamita3-calamita2 Fcalamita2-calamita3 3 4 Fcalamita2-calamita3 Fcalamita2-calamita1 1 2 Fcalamita1-calamita2 Fcalamita3-calamita2 FTerra-calamita1 FTerra-calamita2 Memo-f-mag3

Forze a distanza: i magnetini appesi a un filo Gruppi: G Attività introduttive: esplorare in vari modi come è fatta una calamita e l’attrazione o repulsione che avviene fra poli eguali e poli opposti di due calamite; per farlo più facilmente, fissare il magnete piatto al piano del tavolo con dello scotch o del pongo, in modo che non muova e usare per l’esplorazione il magnetino a barretta legato a un cordoncino; individuare sempre le forze in gioco indicandole con il nome degli oggetti in interazione Attività per indagare l’interazione a distanza. Attaccare il magnetino a barretta a un dinamometro e misurarne la forza peso. Avvicinarlo al magnete fissato al tavolo facendo in modo che si trovino affacciati poli eguali. Osservare la variazione di forza peso man mano che si avvicina al magnete fissato al piano. Per “guidare” il magnetino a barretta, conviene farlo scendere all’interno di un tubo di plastica o di carta trasparente ripetere la prova avvicinando il magnetino dal lato con polarità opposta a quella del magnete fisso ripetere la prova frapponendo tra le calamite uno spessore di materiale non magnetizzabile Forze a distanza: i magnetini appesi a un filo La fisica: attrazione e repulsione magnetica: poli opposti si attirano, poli eguali si respingono forze a distanza: la forza di attrazione o di repulsione magnetica agisce a distanza e cresce col diminuire della distanza composizione di forze e forze in equilibrio nota bene Composizione delle forze Quando è distante dalla calamita appoggiata al tavolo, il magnete a barretta è soggetto solo alla forza FTerra-magneteb che viene registrata dal dinamometro. Avvicinandolo alla calamita con i poli opposti affacciati, a questa forza si somma la forza di attrazione Fcalamita-magneteb, pure diretta verso il basso, per cui il dinamometro segna una forza maggiore. La forza aumenta man mano che i due magneti si avvicinano. Avvicinandolo invece alla calamita con i poli uguali affacciati, alla forza di gravità si deve sottrarre la forza di repulsione Fcalamita-magneteb diretta verso l’alto, per cui il dinamometro segna una forza minore. La forza diminuisce man mano che i due magneti si avvicinano, finché, al limite, diventa nulla (levitazione magnetica). poli opposti Fterra-magneteb Fcalamita-magneteb poli uguali Fterra-magneteb Fcalamita-magneteb Memo-f-mag4