Energia

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Energia
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059

• Concetti
• forza ed energia trasformazioni di energia
  lavoro per misurare lenergia trasferita
• forza ed energia trasformazioni di energia
  lavoro per misurare lenergia trasferita
• Trasferimento e trasformazione dellenergia
  energia di posizione lavoro per misurare
  lenergia trasferita
• Trasferimento e conservazione dellenergia
  energia cinetica
• Trasferimento e conservazione dellenergia
  energia cinetica
• Trasformazioni di energia misura dellenergia e
  della potenza

• Attività
• Lanciare piccoli oggetti
• Lanciare palline in altro modo
• Moto di caduta e moto rotatorio
• Urti e scambio di energia
• Ancora urti
• Salire e scendere

1) La fionda 2) La catapulta 3) La giostra a
gravità 4) Urti fra carrelli 5) Urti fra
monete 6) Le scale
V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica
Sperimentale, Università di Torino S.I.S.
Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico -
Matematico - A. A. 2006 2007
Energia-1
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Energia
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
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, monete 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
  dallinsieme dei due, cioè dall'energia
  trasferita.
• lunità di misura dellenergia è il joule, che è
  lenergia che si trasferisce o trasforma
  applicando una forza di 1N per uno spostamento di
  1m

• Le caratteristiche dellenergia
• 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 lenergia
  trasferita o trasformata, ma anche il tempo che
  occorre per fare la trasformazione o il
  trasferimento
• la potenza è lenergia trasferita o trasformata
  nellunità di tempo
• lunità di misura della potenza è il watt, che è
  la potenza sviluppata quando cè 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
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La fionda
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
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 laltra tirare lelastico 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
  allallungamento dellelastico
• calcolare lenergia 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
• lenergia
• - può assumere forme diverse, passare da un
  corpo allaltro, trasformarsi da una forma
  allaltra, 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 dellenergia 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
• 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 dellenergia
• la distanza raggiunta nel lancio non dipende
  solo dalla forza o solo dallo spostamento ma
  dallinsieme dei due, cioè dall'energia
  trasferita

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La fionda

• La fisica
• lenergia
• - può assumere forme diverse, passare da un
  corpo allaltro, trasformarsi da
  una forma
  allaltra, 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 dellenergia 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 lelastico, che è
  circa pari alla metà della forza per
  lallungamento completo

• Contesto
• le considerazioni circa le diverse forme
  dellenergia 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

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La catapulta
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
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 laltro estremo della molla al manico
  del cucchiaio
• tenere fermo il supporto con una mano, con
  laltra 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 Nelluso delle molle, si presti
particolare attenzione nella eventuale presenza
di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o
di certi tipi di handicap

• Concetti
• lenergia
• - può assumere forme diverse, passare da un
  corpo allaltro, trasformarsi da una forma
  allaltra, 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 dellenergia 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
• 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 dellenergia
• la distanza raggiunta nel lancio non dipende
  solo dalla forza o solo dallo spostamento ma
  dallinsieme dei due, cioè dall'energia
  trasferita

Energia-4a
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La catapulta

• La fisica
• lenergia
• - può assumere forme diverse, passare da un
  corpo allaltro, trasformarsi
• da una forma allaltra, 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 dellenergia 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
  dellenergia 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-4b
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La giostra a gravità
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
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, unasta 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 unestremità
  dellasticciola di legno per fissare il blocco di
  legno verticalmente vicino al bordo della base di
  supporto
• fissare la puleggia e, dalla parte opposta,
  fissare lasticciola di legno inserire
  verticalmente la matita nel buco allestremità
  opposta dellasticciola 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 allaltra
  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
• lenergia - può assumere forme diverse, passare
  da un corpo allaltro, trasformarsi da una forma
  allaltra, 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 dellenergia 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
• 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 dellenergia
• le variabili che intervengono nella caduta dei
  dadi sono la lunghezza del filo (cioè il
  dislivello) la massa del dado, la velocità .

Energia-5a
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La giostra a gravità

• La fisica
• lenergia
• - può assumere forme diverse, passare da un
  corpo allaltro, trasformarsi da una forma
  allaltra, 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 dellenergia 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
  dellenergia 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-5b
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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 lurto 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
  laltro 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
• lenergia
• - può assumere forme diverse, passare da un
  corpo allaltro, trasformarsi da una forma
  allaltra, essere immagazzinata
• - lenergia passa da un corpo allaltro o si
  trasforma grazie alle forze che agiscono durante
  linterazione
• 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 - www.iapht.unito.it

• Aspetti didattici
• le proprietà dellenergia - trasferimenti di
  energia - energia cinetica

Energia-6a
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Urti fra carrelli

• La fisica
• lenergia
• - può assumere forme diverse, passare da un
  corpo allaltro, trasformarsi da una forma
  allaltra,
• - lenergia passa da un corpo allaltro o si
  trasforma grazie alle forze che agiscono durante
  linterazione
• il lavoro
• - è dato dal prodotto della forza per lo
  spostamento
• - il lavoro determina quanta energia è stata
  trasferita o trasformata
• nota bene durante lurto, 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
• - lenergia 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 lurto è contro un muro di massa infinita,
  lo spostamento è nullo e non si trasferisce
  energia (urto elastico)
• - se lurto avviene con la molla carica e
  nellurto la molla si scarica, lenergia
  immagazzinata nella molla si trasforma in energia
  cinetica

B
A
Contesto - la conduzione dellattività a livello
ludico e qualitativo è fattibile a tutti i
livelli - le considerazioni circa le diverse
forme dellenergia e le relative trasformazioni
possono essere condotte a partire dalla prima
media (o anche dal secondo ciclo della scuola
elementare) - osservazioni più impegnative e
lanalisi 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-6b
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Urti fra monete
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
Oggetti alcune monete da 50 centesimi, un foglio
di carta a quadretti

• Attività
• Tracciare due righe perpendicolari che si
  incrociano al centro del foglio a quadretti
  mettere una moneta sullincrocio delle due righe
  e laltra moneta in posizione di lancio
  allinizio della riga più lunga
• lanciare con un colpetto del dito la seconda
  moneta
• misurare sul foglio a quadretti le distanze
  percorse dalle due monete dopo lurto
• ripetere la prova sostituendo la prima moneta con
  una coppia di monete uguali, tenute insieme con
  una pallina di pongo
• ripetere ancora la prova, ma questa volta
  sostituire la moneta lanciata con la coppia di
  monete.

Concetti lenergia - può assumere forme
diverse, passare da un corpo allaltro,
trasformarsi da una forma allaltra - una
forma importante di energia è lenergia di moto
(cinetica) - nellurto lenergia passa da un
corpo allaltro grazie alle forze che agiscono
durante linterazione - nellurto viene
trasferita anche quantità di moto - energia
e quantità di moto si conservano
approssimativamente, a meno cioè delle perdite
per attrito.
Attacco (spunti e continuità) - analisi di
giochi e giocattoli in cui avvengono urti
Riferimenti - A.A.V.V.- Dimmi come funziona
Edizioni Il Saggiatore, 1972 -
www.iapht.unito.it

• Aspetti didattici
• le proprietà dellenergia - trasferimenti di
  energia - energia cinetica

Energia-7a
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Urti fra monete

• La fisica
• lenergia
• - può assumere forme diverse, passare da un
  corpo allaltro, trasformarsi da una forma
  allaltra,
• - lenergia passa da un corpo allaltro o si
  trasforma grazie alle forze che agiscono durante
  linterazione
• nota bene durante lurto, per il brevissimo
  tratto (spostamento) in cui le due monete sono a
  contatto, la moneta B ferma è soggetta a una
  forza FAB nella direzione dello spostamento, per
  cui acquista energia, mentre la moneta A in moto
  è soggetta a una forza FBA in direzione opposta
  allo spostamento, per cui perde energia
• - lenergia trasferita dipende dal rapporto fra
  le massa delle monete se la moneta ferma ha la
  stessa massa, o massa più piccola, cè un buon
  trasferimento di energia, perché la moneta
  colpita acquista rapidamente velocità e lo
  spostamento è buono se la moneta colpita è più
  pesante, lo spostamento è piccolo e si
  trasferisce poca energia
• se lurto è contro un muro di massa infinita, lo
  spostamento è nullo e non si trasferisce
  energia.

Contesto - la conduzione dellattività come
gioco o scoperta qualitativa è fattibile a tutti
i livelli - le considerazioni circa le diverse
forme dellenergia e le relative trasformazioni
possono essere condotte a partire dalla prima
media (o anche dal secondo ciclo della scuola
elementare) - osservazioni più impegnative e
lanalisi dettagliata delle forze vanno adattate
alla classe e al momento, anche in previsione di
un raccordo con la scuola secondaria superiore
Energia-7b
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La scala
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
Oggetti contasecondi, metro a nastro

• Attività
• chiedere a uno studente di salire una rampa di
  scale
• misurare il tempo di salita
• misurare laltezza degli scalini e quindi
  calcolare laltezza 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
• lenergia
• - può assumere forme diverse, trasformarsi da
  una forma allaltra, essere immagazzinata
• - lenergia si trasforma grazie alle forze che
  agiscono durante linterazione
• 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 - 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-8a
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La scala

• 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

Contesto - la conduzione dellattività come gara
o scoperta qualitativa è fattibile a tutti i
livelli - le considerazioni circa le diverse
forme dellenergia e le relative trasformazioni
possono essere condotte a partire dalla prima
media (o anche dal secondo ciclo della scuola
elementare) - osservazioni più impegnative e
lanalisi 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-8b