Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Energia
MEMO
10/11/03
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.
Memo-energia1
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Energia
MEMO
10/11/03
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
Memo-energia2
Energia:la fionda
Gruppi: A, D
- 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)
dopo
prima
Fde
tratto lungo cui
agisce la forza
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
Memo-energia3
Energia: la catapulta
Gruppi: B, C, E, H
- 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
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
Memo-energia4
Energia: la giostra a gravità
Gruppi:
• 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)
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
Memo-energia5
Energia: il barattolo che torna indietro
Gruppi: F
• 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
Fpav-bar
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
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
Memo-energia6
Energia: la pistola trasparente
Gruppi: G
• 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.
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
Memo-energia7
Energia:
il serpentone dell’energia
Gruppi: C
- 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
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
Memo-energia8