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Scuola Primaria “Alteta” (classe V) “Il mondo dell’energia”
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© Disney
Ing. Andrea Fabbri Via Niccolò Machiavelli, 17 – 50012 Bagno a Ripoli (FI)
Codice Fiscale: FBBNDR85M24A564C Partita I.V.A.: 06278480485
Telefono: 380/2678520 – E-mail: a.fabbri@ymail.com
Istituto Comprensivo Statale “Massa 6” Scuola Primaria “Alteta” (classe V)
IL MONDO DELL’ ENERGIA La forza della Terra (e dell’uomo)
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INDICE
Tutto il materiale utilizzato durante il presente incontro sarà disponibile per il download nell’area “Didattica ambientale” del sito web:
http://www.andreafabbri.altervista.org.
Durante l’incontro saranno realizzate esperienze pratiche ed un esperimento in gruppi su energia meccanica, equilibrio, magnetismo, potenziale elettrico, movimento e assorbimento del calore con l’ausilio di materiale comunemente reperibile.
• Il concetto di energia: cosa significa, perché è importante, quali tipologie esistono; • L’energia meccanica: forza e movimento; • L’energia elettromagnetica: corrente elettrica, motori e generatori; • L’energia termica: il calore e la temperatura.
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CHE COS’È L’ENERGIA?
Capacità di compiere lavoro
Cosa significa “lavoro”? Nella vita quotidiana, lavorare significa impegnarsi per ottenere un risultato.
In fisica invece, il lavoro indica una forza (e quindi l’energia) che permette di ottenere uno spostamento (e perciò movimento).
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UN ESEMPIO DI LAVORO…
Più energia avrà il ragazzo, più forte spingerà la macchina, spostandola più lontano!
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ESEMPI PER «VEDERE» L’ENERGIA…
• Chi è forte ed allenato può sollevare oggetti più pesanti rispetto a persone più deboli di lui (l’energia è contenuta nel corpo, e più precisamente nei muscoli).
• Toccando i fili dell’impianto elettrico di casa si prede la scossa, mentre toccando i fili che alimentano le linee dei treni si muore (la corrente elettrica di casa ha un’energia minore di quella presente nei fili per alimentare i treni).
• Bruciando un ciocco di legna in un caminetto ci si scalda, ma se invece fosse bruciata la stessa quantità di benzina probabilmente prenderebbe fuoco la casa.
ENERGIA MECCANICA
ENERGIA ELETTROMAGNETICA (elettrica + magnetica)
ENERGIA TERMICA (chimica)
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FORZA E MOVIMENTO (MECCANICA)
Esistono due diversi tipi di energia legata alle forze ed al movimento
Energia CINETICA L’energia che un corpo ha quando
si muove
Energia POTENZIALE L’energia che un corpo potrebbe
avere se lasciato libero
Dipende dalla velocità di movimento
Dipende dall’altezza rispetto al suolo, fin dove può
scendere se viene mosso
Energia MECCANICA = Energia CINETICA + Energia POTENZIALE
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Esperienza 1 - PALLINA Ferma ad una certa altezza
Sta muovendosi? No!
Non ha energia cinetica
Se libera, si muove di più? Sì!
Ha energia potenziale
Mentre cade
Sta muovendosi? Sì!
Ha energia cinetica
Se lasciata libera, si muove? Sì!
Ha energia potenziale
Ferma sul tavolo
Sta muovendosi? No!
Non ha energia cinetica
Se lasciata libera, si muove? No!
Non ha energia potenziale
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Esperienza 2 – EQUILIBRIO
Sta muovendosi? No!
Non ha energia cinetica
Se libera, si muove di più? Solo se la tocco!
Ha energia potenziale
Se la muovo torna dov’era? No! Equilibrio INSTABILE
Sta muovendosi? No!
Non ha energia cinetica
Se libera, si muove di più? No!
Non ha energia potenziale
Se la muovo torna dov’era? Sì! Equilibrio STABILE
Ferma sul colmo
Ferma sul fondo
Ferma sul tavolo
Sta muovendosi? No!
Non ha energia cinetica
Se libera, si muove di più? No (se non cade dal tavolo!)
Non ha energia potenziale
Se la muovo torna dov’era? No! Equilibrio INDIFFERENTE
L’equilibrio è stabile quando l’energia è
bassa!
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Esempi… – FIUMI E TORRENTI
Altitudine s.l.m.
Spazio percorso dal fiume dalla sorgente
Altezza del fondo
Altezza d’acqua
Un corso d’acqua viene associato nello studio a dell’acqua che si muove in una grondaia, o in qualsiasi altro contenitore aperto.
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CORRENTE LENTA E VELOCE Altezza critica
Pendenza del fondo
Altezza d’acqua
Altezza critica
Pendenza del fondo
Altezza d’acqua
L
E
N
TA
V
E
L
O
C
E
Fiume
Torrente
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COME FA A RALLENTARE?
Un risalto idraulico si manifesta come una serie di schiume e onde che non si spostano da una posizione ben precisa.
Si ha ogni volta che la corrente si trasforma da veloce in lenta, per dissipare l’energia in eccedenza e proseguire con velocità più bassa. Ciò avviene quando un torrente diventa fiume.
ycr Torrente (montagna)
Fiume (valle)
Risalto idraulico
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Esempi… - TERREMOTI
Tutto nasce da una o più rocce che sotto terra si muovono fino a rompersi o sbattere tra di loro: il punto dove avviene la rottura o lo scontro è detto ipocentro, mentre la sua proiezione sulla superficie terrestre (come se lo guardassimo dall’alto) è detta epicentro.
Dal momento che non si può vedere con precisione cosa succede sotto terra (il terreno non si muove sempre allo stesso modo), ad oggi non è possibile prevedere i terremoti!
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ONDE SISMICHE, ENERGIA E MAGNITUDO
Esistono due tipi di onde sismiche: ondulatorie (fanno oscillare gli oggetti) e sussultorie (fanno rumore e danno l’impressione di una vibrazione).
Per misurare invece quanto è stato potente un terremoto si utilizzano due diverse metodi: • Scala Richter: stima l’energia sprigionata (più alto il numero, più il sisma è forte). Il numero
prende il nome di magnitudo (ad esempio «magnitudo quattro», oppure «quarto grado, scala Richter»);
• Scala Mercalli: misura gli effetti prodotti (più alto è il numero, più danni ci sono. Per esempio «quarto grado, scala Mercalli»).
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SCALA RICHTER ED ENERGIA
L’ Aquila, 2009
Lunigiana, 2013
Garfagnana, 1920
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SCALA MERCALLI
Lunigiana, 2013
Garfagnana, 1920
L’ Aquila, 2009
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LA MATERIA E GLI ATOMI
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Le palline gialle sono gli elettroni, piccolissime particelle che girano come fossero impazzite intorno al nucleo.
Se girano molto forte allora vuol dire che hanno molta energia! E se faccio scorrere gli elettroni in un filo elettrico?
CHE COSA SONO LE PALLINE GIALLE?
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Flusso (cioè movimento) di elettroni
Cosa vuol dire? Quando gli elettroni si muovono in un filo elettrico portano con sé l’energia che possiedono,
generando la corrente elettrica. Sono proprio gli elettroni che passando nel filamento di una lampadina la fanno illuminare!
ENERGIA ELETTRICA
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CORRENTE E POTENZIALE ELETTRICO
Forza che possiede e che può scatenare la corrente elettrica
Cosa significa? Toccando con un dito le due estremità di una pila non si percepisce niente. Ha quindi poca forza, e
pertanto un basso potenziale. Toccando invece con un dito i fili dentro una presa di corrente presente in casa prendiamo la
scossa! Ha quindi più forza di una pila, e pertanto un potenziale più alto.
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QUANTO POTENZIALE?
1,5 V 12 V
220 V
380 V
380.000 V
1.000.000.000 V
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Esperienza 3 - POTENZIALE E BATTERIE
Circa 1,2 - 1,5 V
+ Batteria carica
= ???
Batteria scarica
= ???
= ???
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IN DEFINITIVA…
E adesso una bella domanda! Come si può trasformare l’energia contenuta nel movimento in corrente elettrica (e viceversa)?
Nota bene: l’energia non si crea e non si distrugge, si può solo trasformare!
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I MAGNETI
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ATTRAZIONE E REPULSIONE
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Esperienza 4 – MAGNETI ED ELETTRICITÀ
Come può questo gioco continuare a muoversi anche se nessuno lo spinge?
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MOTORI ELETTRICI
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GENERATORI ELETTRICI
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Esperienza 5 - MOTORI E GENERATORI
Hard disk (disco rigido) smontato
+ Magneti
= ???
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IL CALORE
Il più semplice modo associare il calore a qualcosa che è facile osservare è considerare un oggetto che brucia. In realtà la temperatura di un corpo è una buona stima dell’energia termica che contiene!
Esistono tre modi diversi per far propagare il calore (e quindi trasferire energia):
CONDUZIONE CONVEZIONE IRRAGGIAMENTO
Diretto contatto tra un corpo più caldo ed uno più
freddo
Il calore si diffonde
attraverso l’aria (più si scalda e più
sale in alto)
Ci scaldiamo se esposti ad una
luce, senza toccare una fonte di calore e senza che l’aria
si scaldi
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I COLORI DEL SUOLO
È solitamente comune associare un colore a ciascun suolo (ad esempio, verde per erba o boschi, giallo per la sabbia, azzurro per il mare o l’acqua in genere).
Analogamente ai suoli naturali è possibile associare un colore anche ai vari suoli artificiali, e quindi realizzati dall’uomo (ad esempio, grigio chiaro per il cemento, grigio scuro per l’asfalto).
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I COLORI ED IL SOLE
La luce solare viene in parte riflessa ed in parte assorbita dagli oggetti. È provato che colori chiari sono caratterizzati da un elevata riflessione della luce del sole, mentre colori scuri sono legati ad elevati assorbimenti di luce.
Poiché il Sole oltre alla luce emana anche calore, un corpo che assorbe luce assorbe anche calore, riscaldandosi. Ne consegue che corpi scuri si scalderanno più di quelli chiari (a parità di esposizione solare). È uno dei motivi per cui in estate si sta meglio in un prato piuttosto che in città!
Vegetazione Neve
Asfalto
Cemento
In maggior parte
naturali
In maggior parte
artificiali
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LA SCUOLA DALL’ ALTO
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ALLARGHIAMO LO SGUARDO…
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Abat-jour + lampadina 53 W
Cartoncino colorato piegato a formare una busta e fermato con dello scotch Termometro
Tabella creata con il computer Cronometro, cronografo o simili
Esperienza 6 – IL CALORE DEI COLORI
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36 Ogni minuto per mezz’ora…
COSA C’È DA FARE?
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