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OGGETTI E CONCETTI: la pressione

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OGGETTI E CONCETTI: la pressione . Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059. separazione delle variabili F e S misure approssimate di superficie pressione e sue unità di misura. Premere sulla sabbia e sul pavimento. Le impronte. separazione delle variabili F e S

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Presentation Transcript
oggetti e concetti la pressione
OGGETTI E CONCETTI: la pressione

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059

  • separazione delle variabili F e S
  • misure approssimate di superficie
  • pressione e sue unità di misura

Premere sulla sabbia e sul pavimento

Le impronte

  • separazione delle variabili F e S
  • pressione e sue unità di misura

La siringa

Tirare per misurare

Misurare la pressione nel palloncino

  • separazione delle variabili F e S
  • pressione e sue unità di misura

Il palloncino “schiacciato”

Il palloncino sulla bottiglia

  • pressione nei fluidi
  • il volume occupato dall’aria

Spostare l’aria

  • differenza di pressione associata alla posizione e al moto dell’acqua

Gli zampilli intelligenti

Forare per produrre getti

  • pressione nei fluidi e leggi relative
  • il volume occupato dall’aria

Il diavoletto di Cartesio

Affondare o galleggiare

  • differenza di pressione associata alla posizione e al moto dell’acqua

Vasi comunicanti

Travasare i liquidi

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”

P-1

la pressione le impronte
La pressione : le impronte

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059

Oggetti:una vaschetta contenente sabbia umida, oggetti di forma regolare, righello, un foglio di carta quadrettato, bilancia pesapersone

  • Attività: 1) sulla sabbia
  • misurare le superfici delle diverse facce su cui gli oggetti possono essere appoggiati
  • spianare la superficie della sabbia nella vaschetta, appoggiarvi su gli oggetti e osservare le impronte create
  • girare gli oggetti sui diversi lati e osservare come variano le impronte, premendo con la mano sull'oggetto per vedere quanto è facile/difficile creare un'impronta profonda
  • mettere la vaschetta sulla bilancia pesa-persone e misurare la forza applicata quando si preme con l’oggetto nelle varie posizioni, usando il fattore di conversione da kg a N
  • 2) sul pavimento
  • salire sulla bilancia, pesarsi e convertire in N il proprio peso
  • appoggiare una scarpa sulla carta e tracciarne il contorno
  • ricavare la superficie della sagoma disegnata e misurarla contando i quadretti racchiusi dalla spezzata.
  • alternativamente tracciare una spezzata che passa tutta all'interno e contare il numero di quadretti interni ("per difetto"), poi tracciare la spezzata esterna e contare nuovamente ("per eccesso"); fare la media fra i due conteggi (in ogni caso la superficie va sempre espressa come numero e unità di misura!)
  • calcolare il rapporto fra forza-peso e superficie
  • Aspetti didattici:
  • la profondità dell'impronta come effetto del far forza sulla sabbia
  • - misurazioniper difetto e per eccesso

Attacco e interdisciplinarietà:

- attività ludiche

- educazione motoria

  • Riferimenti (dove, come e per chi):
  • - G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999
  • - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C)
  • - S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico (A)
  • www.iapht.unito.it (L
  • Concetti:
  • separare le variabili: forza, superficie, pressione
  • la pressione come forza che si esercita sulla singola unità di superficie
  • relazioni di proporzionalità tra forza e superficie
  • unità di misura della pressione nel sistema SI: il Pascal è la pressione della forza di 1 N su una superficie di 1 m2

P-2

la pressione la siringa
La pressione: la siringa

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059

Oggetti:alcune siringhe tipo “usa e getta” senza ago, del pongo, un elastico tarato o un dinamometro o bottiglie piene di acqua

  • Attività:
  • misurare il diametro dello stantuffo di ciascuna siringa e calcolarne la superficie
  • provare a premere e poi estrarre lo stantuffo, per convincersi che è molto facile
  • con lo stantuffo premuto a fondo, tappare il foro di uscita con del pongo: sarà molto più difficile estrarre lo stantuffo e, se la siringa è grossa, sarà quasi impossibile
  • attaccare allo stantuffo un elastico tarato ed estrarre lo stantuffo tirando attraverso l'elastico, misurando così la forza applicata
  • calcolare la pressione
  • ripetere con una siringa di diversa capacità e confrontare i risultati

Attacco (spunti e continuità):

- attività ludiche

Sicurezza

Utilizzando elastici e siringhe, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap

  • Concetti:
  • separare le variabili: forza, superficie, pressione
  • la pressione come forza che si esercita sulla singola unità di superficie
  • relazioni di proporzionalità tra forza e superficie
  • unità di misura della pressione nel sistema SI: il Pascal è la pressione della forza di 1 N su una superficie di 1 m2
  • la pressione atmosferica è pari a circa 105 Pa
  • Riferimenti (dove, come e per chi):
  • www.iapht.unito.it (L)
  • Aspetti didattici:
  • per applicare una forza all'aria, è necessario spingere su una certa superficie
  • per calcolare la pressione, si misurano la forza F e la superficie S e si calcola il loro rapporto

P-3

la pressione la pressione nel palloncino
La pressione: la pressione nel palloncino

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059

Oggetti:un palloncino di gomma, una lastra di plexiglas trasparente, lucido su carta quadrettata, bilancia pesapersone, alcool.

  • Attività:
  • gonfiare il palloncino e provare a schiacciarlo dall'alto usando la lastra di plexiglas trasparente
  • osservare come si allarga o restringe la superficie di contatto quando si aumenta o si diminuisce la forza con cui si preme sulla lastra
  • provare anche a variare la pressione nel palloncino, gonfiandolo di meno o di più, e confrontare le osservazioni con quelle fatte in precedenza (per facilitare l'osservazione, spruzzare un po' di alcool sulla lastra nella zona di contatto)
  • mettere poi il palloncino sulla bilancia pesapersone, in modo da poter misurare la forza che viene applicata e sovrapporre alla lastra di plexiglas il lucido quadrettato in modo da poter misurare la superficie
  • calcolare la pressione esercitata sul palloncino
  • ripetere, variando la forza e lo stato del palloncino (più o meno gonfio)

Attacco (spunti e continuità):

- attività ludiche

Sicurezza

Utilizzando palloncini gonfiabili, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap

  • Concetti:
  • in un fluido, la pressione si trasmette a tutti i punti e in tutte le direzioni fino alle pareti del recipiente (legge di Pascal)
  • se la pressione non cambia, aumentando la forza aumenta la superficie su cui la forza è applicata
  • misura della pressione e sue unità di misura (SI): il Pascal è la pressione della forza di 1 N su una superficie di 1 m2
  • Riferimenti (dove, come e per chi):
  • www.iapht.unito.it (L)
  • Aspetti didattici:
  • per applicare una forza all'acqua o all'aria, è necessario spingere su una certa superficie
  • per calcolare la pressione, si misurano la forza F e la superficie S e si calcola il loro rapporto

P-4

la pressione il palloncino sulla bottiglia
La pressione: il palloncino sulla bottiglia

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059

Oggetti:un palloncino e una bottiglietta di plastica

  • Attività:
  • riempire la bottiglietta di acqua sino circa a metà
  • assicurare il palloncino all’imboccatura
  • premere vicino al fondo della bottiglietta e osservare
  • Concetti:
  • la pressione si propaga quasi istantaneamente dalla zona in cui viene applicata a tutto il volume occupato dal fluido e in tutte le direzioni (legge di Pascal)
  • volume di un liquido e volume di un gas
  • la variazione di pressione fa spostare il fluido
  • Attacco (spunti e continuità):
  • attività ludiche
  • analisi di un giocattolo (“la rana che tira fuori la lingua”)
  • Riferimenti (dove, come e per chi):
  • - G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999
  • - S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico (A)
  • www.iapht.unito.it (L)
  • Aspetti didattici:
  • volume e incomprimibilità in un fluido
  • il ruolo della pressione:
  • - perché l’aria si è spostata dalla bottiglietta al palloncino (pressione dinamica),
  • - quanto vale la pressione alla fine (pressione statica)

P-5

la pressione gli zampilli intelligenti
La pressione: gli zampilli intelligenti

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059

Oggetti:delle bottigliette di plastica, possibilmente di diverse capacità, e delle vaschette

  • Attività:
  • aprire un foro sulla parete laterale, vicino al fondo in ogni bottiglietta (i fori debbono essere molto simili fra di loro, per poter confrontare gli zampilli)
  • riempire di acqua la bottiglietta, tenendo il foro chiuso con un dito, poi tapparla
  • spostarla in modo che la bottiglia stia sopra la vaschetta e togliere il dito dal foro
  • riempire nuovamente la bottiglietta, come prima, ma ora, dopo essersi spostati sopra la vaschetta e aver tolto il dito dal foro, si sviti il tappo
  • riempire poi tutte le bottiglie fino allo stesso livello e confrontare fra di loro gli zampilli di bottiglie di dimensioni diverse
  • Attacco (spunti e continuità):
  • attività ludiche
  • attività sportive (nuoto subacqueo)
  • Concetti:
  • la forza dovuta alla pressione è perpendicolare alla superficie di uscita
  • il movimento avviene dai punti in cui la pressione è maggiore a quelli in cui è minore
  • in un fluido, la pressione aumenta con la profondità (legge di Stevino)
  • Riferimenti (dove, come e per chi):
  • - S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico (A)
  • www.iapht.unito.it (L)
  • Aspetti didattici:
  • a parità di livello dell'acqua, tutti gli zampilli sono uguali
  • la pressione aumenta con la profondità dell’acqua
  • occorre una differenza di pressione per far spostare l’acqua

P-6

la pressione il diavoletto di cartesio
La pressione: il diavoletto di Cartesio

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059

Oggetti:una bottiglia di plastica da mezzo litro e il cappuccio di una penna a sfera (preferibilmente trasparente).

  • Attività:
  • fissare al cappuccio due clips per renderlo pesante
  • riempire la bottiglia di acqua e immergere verticalmente il cappuccio: se la grandezza del cappuccio e il peso delle clips sono corretti, il cappuccio galleggerà.
  • tappare la bottiglia: se si comprime la bottiglia il “diavoletto” affonda, se si lascia la presa, esso sale in superficie e galleggia
  • esercitarsi a bloccare il diavoletto a metà strada durante la discesa o la risalita
  • Attacco e interdisciplinarietà
  • scoprire la “magia” che permette di pilotare dall’esterno il diavoletto
  • vesciche natatorie dei pesci
  • Concetti:
  • perché un corpo galleggi, occorre che la spinta dovuta all’acqua “spostata” eguagli la forza peso (legge di Archimede)
  • in un fluido, la pressione si trasmette invariata a tutti i punti e in tutte le direzioni fino alle pareti del recipiente (legge di Pascal)
  • in un gas, se si aumenta la pressione diminuisce il volume(legge di Boyle)
  • Riferimenti (dove, come e per chi):
  • -" S.M.S. Nicoli, Settimo Torinese ( mostra didattica "Giochiamo con la Scienza" 1999)
  • www.iapht.unito.it (L)
  • Aspetti didattici:
  • galleggiamento
  • la pressione nei viventi

P-7

la pressione i vasi comunicanti
La pressione: i vasi comunicanti

Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059

Oggetti:tre bottigliette di plastica da 1/2 litro, un chiodo caldo, due pezzi di un tubo di gomma flessibile, acqua

  • Attività:
  • aiutandosi con il chiodo caldo, praticare nella parete laterale di due bottigliette, un foro di qualche mm di diametro e forzatevi dentro uno dei capi dei due tubi di gomma in modo che faccia buona tenuta.
  • nella terza bottiglietta praticare un foro laterale e uno sul fondo
  • in essi vanno forzati i due estremi liberi dei tubi
  • versare acqua in una qualunque delle bottiglie e osservare come fluisce verso le altre
  • cercare di spiegare le osservazioni alla luce delle leggi dei fluidi (Pascal, Stevino)
  • Attacco e interdisciplinarietà
  • travaso del vino (ed. tecnica)
  • Concetti:
  • il movimento avviene dai punti in cui la pressione è maggiore a quelli in cui è minore
  • in un fluido, la pressione aumenta con la profondità (legge di Stevino)
  • Riferimenti (dove, come e per chi):-
  • - M. Palladino Bosia – Fisica in laboratorio,
  • Petrini Editore (A)
  • www.iapht.unito.it (L)
  • Aspetti didattici:
  • occorre una differenza di pressione per far spostare l’acqua

P-8