Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Forze a distanza
MEMO
6/11/03
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
Fcalamita-fermaglio
• composizione di forze e forze in equilibrio
nota bene
Ffilo-fermaglio
FTerra-fermaglio
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,
Ffermaglio-calamita
diretta verso il basso, che deve essere equilbrata dalla mano che sostiene la calamita
Fcalamita-fermaglio
(è così piccola rispetto alla forza peso della calamita che non viene percepita).
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
Fcalamita2-calamita1
La fisica:
1
•attrazione e repulsione magnetica: poli opposti si attirano, poli eguali si respingono
Fcalamita3-calamita2
•forze a distanza: la forza di attrazione o di repulsione magnetica agisce a
2
distanza e cresce col diminuire della distanza
3
• composizione di forze e forze in equilibrio
nota bene
4
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
Fcalamita1-calamita2
Fcalamita2-calamita3
Fcalamita2-calamita1
1
FTerra-calamita1
Fcalamita3-calamita2
Fcalamita1-calamita2
3
2
FTerra-calamita2
Fcalamita2-calamita3
4
Memo-f-mag3
Gruppi: G
Forze a
distanza:
i magnetini
appesi
a un filo
•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
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
Fterra-magneteb
distanza e cresce col diminuire della distanza
Fcalamita• composizione di forze e forze in equilibrio
magneteb
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
Fcalamitamagneteb
poli
uguali
Memo-f-mag4