Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
OGGETTI E CONCETTI: energia
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 trasferita
La giostra a gravità
Cadere e girare
• forza ed energia
• trasformazioni di energia
• misura dell’energia
Rotolare
• immagazzinamento di energia
• trasformazioni di energia
La pistola trasparente
Sparare palline
• immagazzinamento di energia
• trasformazioni di energia
Il serpentone dell’energia
Giocare a domino
Il barattolo che torna indietro
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”
• trasformazioni di energia
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
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)
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
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
dopo
prima
Fde
tratto lungo cui
agisce la forza
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
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)
Energia-4a
Energia:la fionda
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
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
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
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
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)
Energia-5a
Energia: la catapulta
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
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)
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
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 ….
Attacco (spunti e
continuità):
- richiami ed analisi
di situazioni del
quotidiano (luna
park …)
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)
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
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Energia: il barattolo
che torna indietro
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
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
Aspetti didattici:
- le proprietà dell’energia
- energia potenziale ed energia cinetica
- attrito
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
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)
Energia-7a
Energia: il barattolo che torna indietro
La fisica:
• l’energia
- può assumere forme diverse, passare da un corpo all’altro, trasformarsi da
Fpav-bar
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
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.
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,
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
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
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)
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
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
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
Energia-9a
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
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:
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