Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
OGGETTI E CONCETTI:
forza e interazione
• forza e interazione
• direzione della forza: il vettore forza
La fionda
Lanciare piccoli oggetti
Il dinamometro
Tarare un elastico
Piede contro piede
Spingere e tirare
• azione e reazione
• la forza di attrito
Una bilancia che funziona
in uno strano modo
Far cambiare il “peso”
• massa e forza peso
Giochi su una bilancia
da bagno
Pesare di meno o di più
• azione e reazione
• trasmissione delle forze
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”
• misura di una forza dai suoi effetti
• elasticità
Forza e interazione-a
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
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.
Massa e forza-peso
• la massa è una caratteristica del corpo, legata alla “quantità di
materia” che c’è nel corpo (numero e tipo di atomi)
• la forza di gravità è la forza con cui il corpo è attirato dalla
Terra: NON può essere una caratteristica del corpo, perché,
essendo l’espressione di una interazione, dipende dall’altro
“attore” dell’interazione, cioè la Terra (sulla Luna, ad esempio,
sarebbe diversa)
• la forza peso è la risultante di tutte le forze che attirano il corpo
verso il basso, quindi anche la forza peso NON è una proprietà
del corpo,
• il termine “peso” è da evitarsi, perché ambiguo, dato che, nel
linguaggio comune, può indicare sia massa che forza peso (così
pure va evitato il termine “peso specifico” al posto di “densità”).
Forza e interazione
Consegna:
tutto quello che si può fare con elastici, bastoncini, bilance
da bagno, metro a nastro, palline e oggetti vari
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
1 N è circa pari alla forza-peso
di un oggetto di 102 g
Forza e interazione-b
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Forza e interazione: la fionda
Forzadito-elastico
Oggetti: un bastoncino robusto a forma di Y, un elastico, alcune palline di carta
Attività:
• tenere il manico della fionda con una mano, con l’altra tirare l’elastico stringendo la pallina
• individuare i soggetti/oggetti dell’interazione
• scegliere la giusta orientazione prima di lasciare andare la pallina
• misurare la forza con un dinamometro tarato in “newton”
Concetti:
• 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.,
•la forza si misura con un dinamometro tarato
•l’unità di misura della forza nel sistema SI è il newton (simbolo “N”)
Aspetti didattici:
- per far forza occorre essere in due
- ci sono diversi tipi di forze, cioè diversi modi di interagire (muscolare,
elastica, forza-peso)
- relazione tra le distanze di lancio e la forza, l’allungamento dell’elastico e
il tipo di pallina
Forzamano-bstoncino
Attacco (spunti, 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
Riferimenti (dove, come e per chi):
- G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere,
sollevare – Laboratorio minimo di Mario Lodi Editoriale Scienza, Trieste, 1998
- B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio,
Editoriale Scienza, Trieste, 1994
- www.iapht.unito.it
- www.funsci.com
Forza e interazione-1a
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.
• La forza si misura con un dinamometro tarato
Forzadito-elastico
Contesto:
-è
importante che ogni ragazzo costruisca la propria fionda, perché l’appropriazione
dell’oggetto comporta e 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 legate alla metrologia (
misura di lunghezze) o alla taratura di uno strumento (taratura dell’elastico)
Forza e interazione-1b
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Forza e interazione: il dinamometro
Oggetti: un elastico, un metro a nastro di carta e una serie di oggetti tutti
uguali che si possano appendere facilmente
Attività:
• 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
Concetti:
 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)
Aspetti didattici:
- con la taratura l'elastico diventa un dinamometro, tarato in unità di
forza-peso degli oggetti appesi
- unità di misura di una forza arbitrarie (numero di bottigliette appese, …)
e convenzionali (sistema SI)
Attacco (spunti e continuità):
quanto forte è “braccio di ferro”?
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
Riferimenti (dove, come e per chi):
- G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere,
sollevare – Laboratorio minimo di Mario Lodi
- Editoriale Scienza, Trieste, 1998
- B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio,
Editoriale Scienza, Trieste, 1994
- S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di
Laboratorio Scientifico
- www.iapht.unito.it
Forza e interazione-2a
Forza e interazione: il dinamometro
La fisica:
cm
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 102 g
• sovente viene usata l’unità “chilogrammo-peso” (simbolo kgp)
40
che però andrebbe evitata con gli allievi perché può essere confusa
con
grafico di taratura
35
l’unità di misura della massa (kg)
volume (ml) 0
forza (N)
0
lungh. (cm) 20
100 200 300 400 500
1
2
3
4
5
22 24,5 28
32
38
30
25
20
15
0
1
2
3
4
5
N
6
Contesto:
- la discussione circa la necessità della taratura dell’elastico è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo
ciclo di scuola elementare
- osservazioni più impegnative e misure più raffinate vanno adattate alla classe e alla situazione didattica
- la rappresentazione grafica dei dati raccolti (grafico di taratura)e la relativa interpretazione è consigliata in
modo particolare per una terza media, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore
Forza e interazione-2b
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
G
M
Piede contro piede
Oggetti: un elastico robusto già tarato e due bilance pesa persona
Attività:
•legare le due bilance schiena a schiena e appoggiarle a terra
verticalmente
•due studenti si siedono a terra e spingono coi piedi sulle due bilance
mentre con le mani tirano l’elastico in verso opposto per ristabilire
l’equilibrio
•misurare le forze indicate dalle bilance e dall’elastico tarato
•assegnare a queste forze il “nome” e la direzione
•individuare quali altre forze intervengono
Concetti:
• direzione delle forze
• azione e reazione
• forza di attrito “statico”
• misura della forza
Attacco (spunti e continuità):
- gare di forza
Sicurezza
Utilizzando elastici, si presti particolare
attenzione nella eventuale presenza di
ragazzi non ancora rispettosi delle regole
e/o di certi tipi di handicap
Riferimenti (dove, come e per chi):
Aspetti didattici:
- forze “visibili” (muscolari degli studenti) e “non visibili” (elastica, di
gravità, studente-pavimento, pavimento-studente…)
- G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere,
sollevare – Laboratorio minimo di Mario
Lodi - Editoriale Scienza, Trieste, 1998
- B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio,
Editoriale Scienza, Trieste, 1994
- www.iapht.unito.it
Forza e interazione-3a
Piede contro piede
G
M
FM-mG
FG-mM
La fisica:
le forze si trasmettono (dalla mano di una delle due,
attraverso l’elastico, alla mano dell’altra e dal piede
FM-pG F
di una delle due, attraverso le bilance, al piede dell’altra)
G-pM
Fpav-G
Fpav-M
• azione e reazione: le forze sono uguali e contrarie, ma
applicate a persone diverse (FM-mG =-FG-mM , FM-pG =-FG-pM )
• ogni ragazza è in equilibrio perché interagisce con il pavimento con una forza che
compensa la differenza fra la forza esercitata sui piedi e quella esercitata sulle mani
• nell’interazione con il pavimento gioca un ruolo essenziale l’attrito statico
nota bene: perché un corpo sia in equilibrio occorre che la risultante delle forze applicate a
quel corpo sia nulla (ad esempio, FG-mM + FG-pM + Fpav-M = 0, dove la somma è vettoriale)
Contesto:
- l’ attività, a livello ludico e qualitativo, è fattibile a tutti i livelli
- la conduzione dell’ attività “dare un nome alle forze” è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo ciclo della scuola
elementare
- osservazioni più impegnative finalizzate anche alla elaborazione di un modello che rappresenti il fenomeno, vanno adattate alla
classe e al momento (anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore)
Forza e interazione-3b
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Forza e interazione: una bilancia che
funziona in uno strano modo
Fdita-bottiglia
FTerra-bottiglia
Oggetti: una bilancia da cucina, una bottiglietta, un dinamometro
Attività:
• mettere la bottiglietta contenente acqua sulla bilancia e pesarla
• sollevarla lentamente tenendola per la cima e osservare come cambia il
“peso”
•sollevarla tenendola con un dinamometro e misurare allo stesso tempo
la forza che il dinamometro registra e la variazione di forza peso
•individuare tutte le forze che agiscono sulla bottiglietta mentre la si
solleva
Concetti:
• 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 )
Aspetti didattici:
- individuare tutte le forze
- distinguere fra massa e forza peso
Attacco (spunti e continuità):
- gare di forza
Riferimenti (dove, come e per chi):
- G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere,
sollevare – Laboratorio minimo di Mario
Lodi - Editoriale Scienza, Trieste, 1998
- B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio,
Editoriale Scienza, Trieste, 1994
- www.iapht.unito.it
Forza e interazione-4a
Forza e interazione: una bilancia che funziona in uno strano modo
La fisica:
• massa e forza peso
Fditabottiglia
FTerra-bottiglia
• 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 102 g di massa corrisponde circa 1 N!
Contesto:
- la conduzione dell’ attività, a livello qualitativo, è fattibile a partire dalla prima media
- osservazioni più impegnative finalizzate anche alla elaborazione di un modello che rappresenti il
fenomeno, vanno adattate alla classe e al momento (anche in previsione di un raccordo con la
scuola secondaria superiore)
Forza e interazione-4b
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Forza e interazione:
giochi su una bilancia da bagno
F…….
F…….
Felastico-ragazzo
Oggetti: due bilance da bagno, un elastico tarato, una riga pieghevole
Attività: chiedere
• a due studenti di salire ciascuno su una bilancia da bagno e di
“leggere” la propria massa e convertirla in unità di forza
• a uno di loro di tirare verso il basso l’elastico, che l’altro sta invece
tirando verso l'alto
• di leggere nuovamente la propria massa e convertirla in unità di forza
•confrontare la variazione con la forza applicata dall’elastico
Concetti:
• in un oggetto solido le forze si trasmettono da un punto all'altro
mantenendo la loro direzione
• azione e reazione
• composizione delle forze
Aspetti didattici:
- nel rappresentare mediante frecce le forze che si trasmettono, prestare
molta attenzione a indicare correttamente i punti di applicazione, la
direzione, l‘ origine e il destinatario di ciascuna forza
FTerra-ragazzo
Attacco (spunti e e continuità):
attività ludiche in coppia
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
Riferimenti (dove, come e per chi):
- G. Meraviglia, A. Pallotti – Tirare, spingere,
sollevare – Laboratorio minimo di Mario
Lodi - Editoriale Scienza, Trieste, 1998
- B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio,
Editoriale Scienza, Trieste, 1994
- www.iapht.unito.it
Forza e interazione-5a
Forza e interazione: giochi su una bilancia da bagno
F el-amica
F el-ragazzo
La fisica:
FTerra-amica
• 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
F Terra-ragazzo
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 102 g di massa corrisponde circa 1 N!
Contesto:
-l’ attività, a livello ludico e qualitativo, è fattibile a tutti i livelli
- la conduzione dell’ attività “dare un nome alle forze” è fattibile a tutti i livelli, a partire anche dal secondo ciclo della scuola
elementare
- osservazioni più impegnative finalizzate anche alla elaborazione di un modello che rappresenti il fenomeno, vanno adattate alla
classe e al momento (anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore)
Forza e interazione-5b