Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Quanto scaldano i raggi
del Sole?
Le fiamme
Barattoli che si scaldano
al Sole
Barattoli che rotolano
Ditale, sabbia, cordino e...
OGGETTI E CONCETTI:
calore e temperatura
Misurare la temperatura
• trasformazioni di energia
• misura dell’energia trasferita
Misurare la temperatura
• trasformazioni di energia
• misura dell’energia trasferita
• misura della potenza
Misurare la temperatura
• trasformazioni di energia
• misura dell’energia trasferita
Rotolare per riscaldare
• trasformazioni di energia
• trasferimenti di energia
• misura dell’energia trasformata
Sfregare per riscaldare
• trasformazioni di energia
• trasferimenti di energia
• misura dell’energia trasformata
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”
C-1
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Calore e temperatura: quanto scaldano i raggi del Sole?
Oggetti: una vaschetta di plastica acqua o sabbia, un termometro per
esterni, lampada a filamento incandescente, cronometro
Attività:
• esporre al Sole (o alla lampada) la vaschetta, dopo averla riempita di acqua o di
sabbia, in un punto in cui rimanga illuminata dal sole per un certo tempo.
• misurate a intervalli regolari di tempo, ad esempio ogni 5 minuti, la temperatura
dell’acqua o della sabbia,
• raccogliere in modo ordinato sulla lavagna i valori di tempo e temperatura
Concetti:
•l’energia emessa dal Sole può riscaldare gli oggetti e fare aumentare la loro
temperatura,
•questo tipo di energia viene chiamata energia radiante perché, attraverso i raggi
luminosi, viaggia nello spazio dalla sorgente che la emette all’oggetto che la assorbe,
•anche una lampadina accesa o una fiamma o un tizzone incandescente emettono energia
radiante,
•più passa il tempo, più energia solare colpisce l’oggetto, più cresce la sua temperatura,
•l’aumento di temperatura di un oggetto per effetto dell’energia radiante, dipende dalla
massa dell’oggetto e dalla sostanza di cui è fatto
Aspetti didattici:
- è possibile utilizzare l’energia radiante emessa da una sorgente per riscaldare altri
oggetti
Attacco:
- vacanze al mare (camminare sulla
spiaggia a mezzogiorno)
Dove e quando:
- preferibilmente l’esperimento si
dovrebbe svolgere nel cortile o nel
giardino della scuola, in un punto ben
illuminato dal sole e possibilmente
in una calda giornata di primavera o
estate.
Riferimenti (dove, come e per chi):
- www.iapht.unito.it (L)
C-2
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Calore e temperatura: la fiamma
Oggetti: fornelli ad alcool, candele, pentolini, termometri, bilancia, cronometro
Attività:
• pesare il pentolino, versare una certa quantità di acqua e ripesare in modo da avere il
peso netto dell’acqua,
• pesare la candela (o il fornello riempito di alcool) e accenderla sotto il pentolino,
facendo partire il cronometro,
• misurare la temperatura dell’acqua a intervalli regolari di tempo,
• raccogliere in modo ordinato sulla lavagna i valori di tempo e temperatura
• calcolare la quantità di calore che è stata necessaria a raggiungere la temperatura
finale
Concetti:
• l’energia chimica della candela (o dell’alcool) produce, mediante una reazione chimica,
una fiamma calda che riscalda gli oggetti e fa aumentare la loro temperatura,
• più passa il tempo, più energia chimica si trasforma in energia termica della fiamma e in
calore che passa negli oggetti (pentolino, acqua), più cresce la loro temperatura,
• l’aumento di temperatura di un oggetto per effetto del calore, dipende dalla massa
dell’oggetto e dalla sostanza di cui è fatto,
• a parità di energia trasferita, si impiega un tempo minore se la potenza della fiamma è
maggiore
Aspetti didattici:
- è possibile utilizzare l’energia chimica immagazzinata nei combustibili per trasformarla
in energia termica e riscaldare altri oggetti
Interdisciplinarietà:
- scienza in cucina: cuocere i cibi,
- passaggi di stato
Sicurezza
Utilizzando fiamme, anche se
modeste, 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):
- L. Pizzorni – Il manuale del giovane
scienziato - Fabbri Editori, 1984 (C)
- S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività
di Laboratorio Scientifico (A)
- www.iapht.unito.it (L)
C-3
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Calore e temperatura: barattoli che si scaldano al Sole
Oggetti: due barattoli di latta identici, tipo quelli in cui si vende il
caffè, vernice opaca bianca e nera, due termometri
Attività:
•dipingere uno dei barattoli con la vernice opaca bianca e l’altro con vernice opaca nera
•infilare in ciascuno un termometro in modo che stia ben a contatto con la parete interna
•esporli poi al Sole, avendo cura che i raggi li colpiscano almeno in parte sulla superficie
laterale dipinta e misurare le temperature a intervalli regolari di tempo (in mancanza di
sole, si può usare una lampada a incandescenza di 100 W)
•portarli all’ombra e misurare come si raffreddano a intervalli regolari di tempo
Concetti:
• l’energia emessa dal Sole può riscaldare gli oggetti e fare aumentare la loro
temperatura,
• questo tipo di energia viene chiamata energia radiante perché, attraverso i raggi
luminosi, viaggia nello spazio dalla sorgente che la emette all’oggetto che la assorbe,
• anche una lampadina accesa o una fiamma o un tizzone incandescente emettono energia
radiante,
• più passa il tempo, più energia solare colpisce l’oggetto, più cresce la sua temperatura,
• l’aumento di temperatura di un oggetto per effetto dell’energia radiante, dipende dalla
massa dell’oggetto e dalla sostanza di cui è fatto
• il barattolo scuro si scalda più rapidamente perché assorbe più efficacemente l’energia
solare
Aspetti didattici: - è possibile utilizzare l’energia radiante emessa da
una sorgente per riscaldare altri oggetti
Attacco:
- vacanze al mare (camminare
sulla spiaggia a mezzogiorno)
- estate in città (abiti chiari e
abiti scuri)
Dove e quando:
- preferibilmente l’esperimento si
dovrebbe svolgere nel cortile o nel
giardino della scuola, in un punto ben
illuminato dal sole e possibilmente
in una calda giornata di primavera o
estate.
Riferimenti (dove, come e per chi):
- www.iapht.unito.it (L)
C-4
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Calore e temperatura: barattoli che rotolano
Oggetti: tre barattoli con il coperchio rimovibile, un elastico robusto
di lunghezza circa doppia di quella del barattolo, un dado di bullone
molto pesante, sabbia
Attività:
• fare due buchi al centro sia della base sia del coperchio rimovibile di uno dei tre
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.
• nel secondo barattolo mettere della sabbia riempiendolo però a metà, mentre il terzo
deve essere lasciato vuoto oppure riempito interamente di sabbia.
• lanciare i barattoli, cercando di imprimere sempre la stessa velocità: il barattolo con il
dado appeso all’elastico “tornerà indietro” mentre gli altri rotoleranno fino a fermarsi; il
barattolo semipieno di sabbia si fermerà però molto prima.
Concetti:
•è possibile utilizzare il moto di un oggetto per riscaldare altri oggetti
attraverso l’attrito,
• l’energia di movimento può essere trasformata in energia termica,
• in tutti i passaggi e le trasformazioni di energia, l’energia non si distrugge
mai, anche se può essere difficile scoprire sotto che forma o in quale oggetto
è finita.
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:
- gare di rotolamento con i barattoli
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)
C-5
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Calore e temperatura: sfregare per riscaldare
Oggetti:
una tavoletta di legno quadrata di circa 15 cm di lato, un ditale, un pezzo di
spago di circa 50 cm, un po’ di sabbia e un termometro digitale per ambienti
“interno-esterno” corredato di puntale sensibile
Attività:
•fare nella tavoletta un foro nel quale possa essere infilata la parte inferiore
(chiusa) del ditale (il ditale deve rimanere ben fissato nella tavoletta ma emergere
dalla tavoletta stessa per metà circa della sua altezza)
•riempire il ditale di sabbia fin quasi al bordo e inserite il puntale del termometro
nella sabbia
•rilevare la temperatura iniziale (che si legge sul display corrispondente alla
temperatura “esterna”)
•prendere poi le due estremità dello spago, passare lo spago intorno al ditale e,
tirando lo spago alternativamente in un senso e nel senso opposto, facendo in
modo che esso sfreghi contro la superficie esterna del ditale
•agire con una certa forza tenendo il cordino ben teso in modo che ci sia un buon
attrito contro il ditale
•rilevare la temperatura segnata dal termometro nella sabbia, a intervalli regolari
di tempo
Aspetti didattici:
- è possibile utilizzare il moto di un
oggetto per riscaldare altri oggetti
attraverso l’attrito
Attacco:
- vita “primitiva” (Robinson Crusoe)
- esperienze di “sopravvivenza”
(trasmissione televisiva “L’isola dei
famosi”)
Riferimenti (dove, come e per chi):
- www.iapht.unito.it (L)
Concetti:
• è possibile utilizzare il moto di un oggetto per riscaldare altri oggetti attraverso l’attrito,
• l’ energia di movimento può essere trasformata in energia termica,
• Aspetti
in tutti ididattici:
passaggi e le trasformazioni di energia, l’energia non si distrugge mai, anche se può essere difficile scoprire sotto
che forma o in quale oggetto è finita.
C-6