esplorare per interpretare nella scuola primaria FENOMENI ... · Tenendo stretti tra le dita due...

a cura di

Barbara FedeleMarisa MicheliniAlberto Stefanel

esplorare per interpretare nella scuola primaria

FENOMENI MAGNETICIED ELETTROMAGNETICI

Catalogo di esperimenti

UNIVERSITÀ DI UDINEUnità di Ricerca in Didattica della Fisica

CONSORZIO UNIVERSITARIODEL FRIULI

FORUM

Magnetismo 15-06-2007 15:58 Pagina 1

esplorare per interpretare nella scuola primariaFENOMENI MAGNETICI ED ELETTROMAGNETICICatalogo di esperimenti

a cura di:Barbara Fedele, Marisa Michelini, Alberto StefanelUniversità di UdineUnità di Ricerca in Didattica della Fisica

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Forum Editrice Universitaria Udinese srlVia Palladio, 8 - 33100 UdineTel. 0432 26001 / Fax 0432 296756www.forumeditrice.it

© Copyright 2006Università di UdineUnità di Ricerca in Didattica della Fisicae-mail: [email protected]

ISBN: 88-8420-362-7

Il presente lavoro è il frutto di ricerche svolte nell’ambito dei seguenti progetti:

– Interreg III Italia - Slovenia 2000-2006: Materiali per l’innovazione in didattica della fisica a supporto della formazione iniziale e in serviziodegli insegnanti - Asse 3: «Risorse umane, cooperazione e armonizzazione dei sistemi». Misura 3.2 «Cooperazione nella cultura, nella comuni-cazione della ricerca e tra istituzioni per l’armonizzazione dei sistemi». Azione 3.2.4 «Collaborazione tra Enti ed Istituzioni nel campo dellaricerca scientifica».

– PRIN 2004-2006 - Fis 21. Le parti di confine in un modello di percorso in fisica: educazione scientifica elementare, campo, ottica e meccani-ca quantistica. Formazione degli insegnanti - Programmi di ricerca scientifica di Rilevante Interesse Nazionale (DM n 30 del 12 febbraio 2004).

– Progetti di diffusione della cultura scientifica 2000-2005 ai sensi della L.6-2000.

UNIVERSITÀ DI UDINEUnità di Ricerca in Didattica della Fisica

CONSORZIO UNIVERSITARIODEL FRIULI


Presentazione

L’educazione scientifica è il problema del nostro secolo.A tutti i livelli viene chiesto di favorire la formazione scientifica dei futuri cit-tadini, ma la nostra scuola non è pronta, perché gli insegnanti non hanno avutofinora la necessaria formazione. Anche la didattica scientifica non è statacurata a tutti i livelli con lo scopo di fornire autonomi strumenti di elabora-zione dei concetti.Si deve cominciare con il garantire le basi del modo di pensare scientifico nellascuola primaria.Lo si deve fare offrendo ai futuri insegnanti strumenti professionali per l’edu-cazione scientifica.La formazione universitaria degli insegnanti è appena iniziata e mancanoancora strumenti didattici per questo importante compito. Anche per questomotivo l’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Università di Udine haconcentrato le proprie ricerche didattiche sui processi di apprendimento deipiù piccoli in campo scientifico. È stato studiato il ruolo dell’operatività nelpersonale coinvolgimento esplorativo, sperimentale, concettuale ed interpreta-tivo dei fenomeni, le modalità di costruzione del pensiero formale in contestiformali ed informali, come quello della mostra Giochi Esperimenti Idee (GEI).Sono stati realizzati laboratori cognitivi in cui sono state esplorate propostedidattiche, idee spontanee e sequenze di ragionamento nella costruzione dimodelli interpretativi.Quando la coerenza delle proposte elaborate ha mostrato tenuta sia sul pianodisciplinare che su quello dei processi di apprendimento, abbiamo lavorato congli insegnanti di scuola primaria per rielaborare percorsi didattici e sperimen-tarli in situazioni diverse.Il tirocinio degli studenti di Scienze della Formazione Primaria è stato fecon-do per le ricerche sui processi di apprendimento, per la ricaduta di proposteinnovative nella scuola primaria e per la formazione dei futuri insegnanti.Accanto alle ricerche sui processi di apprendimento si sono così sviluppatequelle curricolari e di ricerca e sviluppo di prototipi e schede per l’attivitàdidattica. Le schede brevi di questo fascicolo costituiscono un catalogo diesperimenti che segue un percorso di sviluppo concettuale della polarizzazio-ne ottica. Esso è stato sperimentato ed inserito nelle proposte didattiche dellamostra Giochi Esperimenti Idee (GEI).


Il presente lavoro è il frutto di ricerche svolte nell’ambito dei seguenti progetti:

- Interreg III Italia – Slovenia 2000-2006: Materiali per l’innovazione indidattica della fisica a supporto della formazione iniziale e in servizio degliinsegnanti –- Asse 3: «Risorse umane, cooperazione e armonizzazione deisistemi». Misura 3.2 «Cooperazione nella cultura, nella comunicazione dellaricerca e tra istituzioni per l’armonizzazione dei sistemi». Azione 3.2.4«Collaborazione tra Enti ed Istituzioni nel campo della ricerca scientifica».

PRIN 2004-2006 – Fis 21. Le parti di confine in un modello di percorso infisica: educazione scientifica elementare, campo, ottica e meccanica quan-tistica. Formazione degli insegnanti – Programmi di ricerca scientifica diRilevante Interesse Nazionale (DM n. 30 del 12 febbraio 2004)

- Progetti di diffusione della cultura scientifica 2000-2005 ai sensi dellaL. 6-2000.

Marisa Michelini

La ‘filosofia’ dell’azione del Consorzio universitario del Friuli (nel quadro dellelinee-guida di carattere generale approvata dall’Associazione Nazionale ConsorziUniversitari) si colloca nella promozione dello sviluppo dei territori di riferimentotramite la collaborazione con l’Istituzione universitaria.Ciò favorendo l’avvio e lo sviluppo di iniziative di formazione e di ricerca finaliz-zate al progresso economico e alla crescita culturale del territorio stesso e dellesue Comunità.Antesignano interprete di tale esigenza per quanto riguarda l’educazione scientifi-ca, nel raccordo fra territorio ed Università degli Studi di Udine è stato il CentroInterdipartimentale di Ricerca Didattica (CIRD), costituito nel 1993, sostenuto dalConsorzio sin dalla sua attivazione, e nell’ambito del quale è funzionante il CentroLaboratorio per la Didattica della Fisica (CLDF).Sulla medesima linea si è collocato, nel 2003, il sostegno consortile alla pubblica-zione “L’educazione scientifica nel raccordo territorio/università a Udine”.Sempre nel medesimo spirito il Consorzio al presente sostiene la serie di pubbli-cazioni predisposte dall’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Universitàdegli Studi di Udine.Di tutte le sopraddette iniziative il merito va a Marisa Michelini, protagonista edanima delle stesse, cui – unitamente ai suoi collaboratori – va la gratitudine delConsorzio universitario del Friuli per l’impegno e la passione dimostrati e per l’al-ta qualità del lavoro.


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1 - AVVICINARE UN MAGNETEAD OGGETTI DI VARI MATERIALI

Si avvicina un magnete (ossia una calamita) aoggetti diversi per forma, dimensioni, materia-li, che sono appoggiati sul banco [un chiodo diferro, un pezzo di ottone, un temperino, un fer-maglio per carte, un paio di forbici, una vec-chia moneta da 100 Lire, una moneta da 1centesimo di Euro, una moneta da 10 centesi-mi di Euro, una moneta da 20 centesimi diEuro, una moneta da 1 Euro, una moneta da 2Euro, un cubetto di alluminio, un cubetto dilegno, un cubetto di pongo, un cubetto di poli-stirolo, un cubetto di acciaio, un cubetto dicera,una sferetta di acciaio, una biglia di vetro,una sferetta di legno, una sferetta di polistiro-lo, una sferetta di pongo, una pallina da pingpong, un pezzetto di ottone, un pezzetto dirame, un pezzetto di legno, un pezzetto di pla-stica, un pezzetto di polistirolo, un pezzetto dipongo]. Solo alcuni oggetti (il chiodo, il ferma-glio, la moneta da 100 Lire, le monete da 1 e2 Euro, il cubetto d’acciaio) vengono attiratidal magnete ossia interagiscono con esso.

Sono oggetti di forma e dimensione diversa edhanno in comune il fatto di essere costituiti daparticolari metalli (come il ferro).Gli altri oggetti (es. le monete da 10 e 20 cen-tesimi di Euro, tutti i pezzetti di rame, tutti glioggetti di polistirolo, legno, pongo) non intera-giscono con il magnete, indipendentementedalla loro forma, dimensione, massa.Solo oggetti costituiti da particolari metalli(come ad esempio il ferro) interagiscono conun magnete. Gli oggetti costituiti da altrimateriali (come il rame, l’alluminio, il polisti-rolo, il legno, il pongo, la plastica) non intera-giscono con il magnete.

hanno la proprietà di interagire con il magne-te, si dicono ferromagnetici; i metalli delsecondo tipo (come il rame, l’alluminio...), nonpresentano tale proprietà e pertanto si posso-no chiamare non ferromagnetici.

2 - LA CALAMITA E I SASSOLINI DI METALLI FERROMAGNETICI

Si avvicina un magnete (una calamita) aoggetti di diversi metalli o leghe metalliche,come pezzetti di: ferro, alluminio, rame, ghisa,acciaio, acciaio inox, ottone, titanio, stagno,bronzo, nichel.Il magnete interagisce solo con i pezzetti diferro, ghisa e acciaio, nichel. Non interagiscecon i pezzetti degli altri metalli, come quelli dirame, alluminio, ottone, stagno, bronzo.Si riconoscono due classi di metalli: i metallidel primo tipo (come il ferro e in genere tuttele leghe che lo contengono e il nichel), che


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3 - AVVICINIAMO I SASSOLINIFERROMAGNETICI

Avvicinando tra loro due oggetti che interagi-scono con un magnete (ferromagnetici), sinota che tra di loro non vi è alcuna intera-zione. Gli oggetti di materiale ferromagneti-co, in genere, manifestano effetti magneticisolo in presenza di un magnete. Il magnetesembra indurre in loro una proprietà magne-tica, che essi manifestano anche tra loro sec’è vicino un magnete che la induce.

4 - LE INTERAZIONI SONO RECIPROCHE

Si avvicina uno dei poli di una calamita adun piccolo oggetto di materiale ferromagne-tico posto sul banco, ad esempio una piccolarana di plastica, che tiene in bocca un tondi-no ferromagnetico, o una moneta da 50 cen-tesimi di Euro o una sferetta d’acciaio: l’og-getto viene attirato dalla calamita. Se siavvicina l’oggetto alla calamita posta sulbanco, è quest’ultima ad essere attratta.L’interazione tra un magnete e un oggetto dimateriale ferromagnetico è reciproca: sia ilmagnete attira l’oggetto, sia l’oggetto attirail magnete.


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5 - I POLI DEI MAGNETI

Tenendo stretti tra le dita due magneti li siavvicina tra di loro e se ne studia l’interazione.Si può riconoscere che ogni magnete attira unadelle estremità dell’altro e respinge l’altra.Le estremità di ogni barretta magnetica rap-presentano poli opposti.Poli opposti di magneti diversi si attraggono,mentre poli uguali si respingono.

6 - AFFACCIARE POLI DIVERSIAD UN MAGNETE SUL TAVOLO

Avvicinando due poli diversi di un magnetetenuto stretto tra le dita e di uno appoggiatosu di un tavolo, si nota un’attrazione tale dafar sì che il magnete appoggiato sul tavolo sisollevi fino ad attaccarsi a quello tenuto inmano, anche se è un po’ distante. Avvicinandonello stesso modo poli uguali tra loro, non sinota più in modo evidente la repulsione, inquanto il magnete sul tavolo non viene spin-to via ma si gira e poi si attacca all’altro.Questo avviene perché agiscono contempora-neamente due forze, una repulsiva ed unaattrattiva, che provocano una rotazione, cheporta poli opposti ad affacciarsi e a eviden-ziare l’effetto dovuto a quella attrattiva: i duemagneti allora si attirano e si attaccano.


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7 - UN MAGNETE NE DISTURBAUN ALTRO APPESO

Appendendo una calamita con un filo dinylon questa diventa libera di muoversi facil-mente, essendo l’attrito dell’aria molto mino-re di quello di un piano. Essa si dispone sem-pre in una precisa direzione. Avvicinando adessa un altro magnete affacciato con lo stes-so polo, si nota in modo evidente una rapidarotazione e poi un’attrazione. La rotazione èprovocata dalle due forze in gioco: attrattivatra poli opposti e repulsiva tra poli uguali deidue magneti.

8 - LA CALAMITA DISTURBALA BUSSOLA

Quando viene avvicinata una calamita ad unabussola, il suo aghetto ruota fino a quandouno dei suoi due estremi punta verso di essa.Se si gira la calamita, avvicinando alla bus-sola il suo polo opposto, anche l’aghettoruota di 180 gradi e affaccia alla calamital’estremo opposto.L’aghetto della bussola si comporta come sefosse un magnetino.


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9 - IL MAGNETE COMANDA L’AGODELLA BUSSOLA

Se si avvicina un magnete ad una bussola, ilsuo ago si orienta con una punta verso unaestremità del magnete: la punta dell’ago dellabussola che si orienta verso nord viene attrat-ta dal polo sud del magnete, e viceversa.Se si gira con un magnete attorno ad unabussola, il suo ago gira continuando a punta-re il polo opposto della calamita. Solo nel-l’interazione tra due magneti si nota un com-portamento simile quindi si può considerarel’ago della bussola come un piccolo magnete.

10 - LA DIREZIONE DELL’AGODI UNA BUSSOLA

L’ago di una bussola si posiziona semprelungo la stessa direzione detta nord-sud,anche se la si sposta in punti diversi, l’im-portante è che sia lontana da oggetti ferro-magnetici o calamite. Se è vicina ad altrimagneti la direzione che assume il suo ago èquella determinata dai poli del magnete.


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11 - LIBERI DI ORIENTARSI: I POLIDELLA CALAMITA

Una piccola calamita, appesa ad un soste-gno per mezzo di un filo, si dispone semprecon la stessa orientazione. Tale orientazionecoincide con quella dell’ago di una bussola ecoincide con la direzione nord-sud. Se siripete l’osservazione si vede che è sempre lastessa parte del magnete ad orientarsi versoil nord indicato dalla bussola e sempre lastessa ad orientarsi verso sud. Se sul soste-gno si pone un’altra calamita, anch’essa sidispone nella direzione nord-sud ed è semprela stessa parte della calamita ad orientarsia nord. Si chiama polo nord magnetico dellacalamita quello che si orienta verso il nordgeografico, e l’altra parte, che si orientaverso sud, si chiama polo sud magneticodella calamita.

12 - LA BUSSOLA NELLA STANZA

Si predispone una piantina della classe e siosserva come si orienta l’ago di una bussolacollocata in alcuni punti prestabiliti.Confrontando gli aghetti delle bussole, dopoaverli disegnati negli spazi appositi dellapiantina, si osserva che si orientano semprelungo la direzione nord-sud, anche se li sisposta in punti diversi, l’importante è chesiano lontano da oggetti ferromagnetici ocalamite.


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13 - ESPLORAZIONE DELLA NOSTRACASA CON LA BUSSOLA

Si fanno disegnare ai bambini degli oggetti(non ferromagnetici ne magnetici) della pro-pria casa sopra o accanto alla “Rosa deiVenti” orientandoli in base ai punti cardina-li: il proprio letto, il tavolo della cucina, lavasca da bagno, il marciapiede fuori casa.Questo esercizio serve per aumentare lacapacità di utilizzare una bussola, orientarsie rappresentare le direzioni e gli oggetti nellospazio.

14 - MAGNETI APPESI

Se si avvicina il polo nord di un magneteappeso al polo sud di un altro magnete appe-so, si osserva che i magneti si attraggono. Sesi avvicinano poli omologhi (nord-nord osud-sud) dei due magneti si osserva che unodi essi ruota di 180° e poi i magneti siattraggono.

15 - ZATTERINE MAGNETICHE

Se si avvicina il polo nord di un magnete fis-sato su una zatterina galleggiante di polisti-rolo al polo sud di un altro magnete galleg-giante, si osserva che i magneti si attraggo-no. Se si avvicinano i poli omologhi (nord-nord o sud-sud) dei due magneti si osservache uno di essi ruota di 180° e poi i magnetisi attraggono.


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16 - ZATTERINE MAGNETICHEINCANALATE

Due zatterine sono poste in una guida rettili-nea. Alle zatterine sono fissati due magneti.Quando esse si avvicinano si osserva attra-zione se si trovano affacciati poli opposti(nord-sud o sud-nord) e repulsione se si tro-vano affacciati poli omologhi (nord-nord osud-sud).

17 - MAGNETI IN TRENO

Due magneti rettilinei si trovano all’internodi due trenini inseriti in una guida rettilinea.Quando essi si avvicinano si osserva attra-zione se si trovano affacciati poli opposti(nord-sud o sud-nord) e repulsione se si tro-vano affacciati poli omologhi (nord-nord osud-sud).

18 - MAGNETI IN UN TUBICINO

Due magneti a bastoncino sono inseriti in untubo di plexiglass trasparente. Con il tubodisposto verticalmente, si osserva che i duemagneti restano separati, se sono affacciatipoli omologhi (nord-nord o sud-sud). Larepulsione tra i poli omologhi dei due magne-ti è sufficiente a sostenere il peso di un ma-gnetino sospeso. Quando si appesantisce ilmagnetino, la distanza diminuisce.


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19 - LA DISTANZA NELLE INTERAZIONI MAGNETICHE

Si mostra come la distanza influisca sull’in-terazione. Più lontani sono due magneti e piùl’attrazione è debole, fino a non essere piùpercepita. Viceversa, più i magneti sono vici-ni più la forza di attrazione è intensa e imagneti si avvicinano fino ad attaccarsi.

20 - ATTRAZIONE TRA MAGNETIE DISTANZA: UNA MISURA

Due magneti sono fissati su due trenini con ipoli opposti affacciati e quindi in una situa-zione attrattiva. Uno dei due trenini è fissatoalla rotaia. L’altro è fissato ad un dinamo-metro e tenuto distante dal primo da alcunipiccoli divisori tutti uguali. Si tira il dinamo-metro fino al raggiungimento della situazionedi equilibrio appena precedente al distaccodei due trenini e si misura l’allungamentodella molla. Si ripete la misura togliendoogni volta un divisorio, per misurare la forzaattrattiva a distanze sempre minori.

Costruendo un grafico con i dati ricavati sitrova che la forza magnetica cresce moltorapidamente con il diminuire della distanzaed è inversamente proporzionale al quadratodella distanza, solo per piccole distanze.


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21 - REPULSIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA

Due magneti sono infilati in un tubicino con ipoli omologhi affacciati e quindi in unasituazione repulsiva. Il magnete soprastanterimane sollevato dalla forza repulsiva tra ipoli omologhi dei due magneti. Aumentandoil peso del magnete soprastante (aggiungen-do sopra di lui dei pesetti di materiale noninteragente con i magneti) si vede diminuirela distanza tra i due magneti.Si misura tale distanza aggiungendo ognivolta un pesetto noto sopra gli altri.Costruendo un grafico con i dati ricavati sitrova che la forza magnetica cresce rapida-

mente al diminuire della distanza e si vedecha aumenta con l’inverso del quadrato e ilcubo della distanza.

lungamento delle molle (Dl) per il quadratodella distanza trai i poli affacciati deimagneti (d2) è costante (Dl*d2=cost).

22 - COMPORTAMENTO DI DUE MOLLEIN TENSIONE

Si utilizzano due dinamometri fissati agliestremi di due magneti in attrazione in untubicino.Si studia come si allungano entrambe lemolle della stessa lunghezza prima tenendo-ne ferma una e poi tirando entrambe misu-rando gli allungamenti tramite le scale gra-duate presenti sui dinamometri. Si ripete lamisura per diverse distanze di equilibrio deimagneti e si riscontra che, per piccole distan-ze tra i poli dei magneti, il prodotto dell’al-


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23 - PORTATA DI UN MAGNETE

Il numero di oggetti uguali, per esempio ron-delle, che riesce a sollevare in fila, viene chia-mato “portata” del magnete, cioè la forza disollevamento pesi di tale magnete.

24 - MAGNETI IN SERIE E IN PARALLELO

Magneti in serie producono lo stesso effettodi un solo magnete: si comportano come ununico magnete. Magneti in parallelo solleva-no un numero doppio di oggetti uguali.Agiscono sommando gli effetti dei singolimagneti.


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25 - LA DEVIAZIONE DELL’AGO DELLA BUSSOLACHE SI AVVICINA AL MAGNETE

Una bussola viene posizionata su di un fogliocon disegnata una linea graduata e il foglioviene orientato in modo che l’ago si posizio-ni perpendicolarmente alla linea disegnata.All’altro capo della linea viene posto unmagnete. Si misura la proiezione di un raggiofisso avente l’inclinazione dell’aghetto, avvi-cinando la bussola ogni volta di una tacca.Costruendo un grafico con i dati ricavati sitrova che il prodotto della proiezione misura-ta con il quadrato e/o del cubo della distan-za è costante. Il contributo del magnete alla

26 - I POLI DI UN MAGNETE E LA GRAFFETTA

Se si avvicina un oggetto ferromagnetico adun magnete esso viene attratto dalla calami-ta solo nelle due estremità e non interagiscecon la parte centrale. I poli magnetici sonolocalizzati in lati opposti della calamita.Inoltre l’oggetto ferromagnetico è attiratodalla calamita in ogni sua parte e da entram-bi i poli della calamita, a differenza dell’a-ghetto della bussola.

direzione dell’ago si somma con quello delcampo magnetico terrestre. Tale contributocresce con il cubo della distanza (contributodi dipolo) della bussola.


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27 - IL MAGNETE SPEZZATO

Se si spezza a metà una calamita si ottengo-no più parti che si comportano ognuna comela calamita di origine.Esplorando ciascuna parte ottenuta con unoggetto ferromagnetico, si vede che questosente attrazione sempre nelle estremità dellenuove parti ottenute.Esplorando poi tali parti con un altromagnete, si nota che ciascun pezzo dellacalamita presenta poli opposti che interagi-scono come se fossero due nuove calamiteuguali.Ogni calamita è dotata di un polo nord e diun polo sud.

28 - LE CALAMITE CONGIUNTE

Ogni calamita è dotata di un polo nord e diun polo sud. Si avvicinano due poli opposti(nord-sud) di due magneti uguali. Il sistemaformato dai due magneti attaccati si com-porta come un’unica calamita di lunghezzadoppia: un oggetto di materiale ferromagne-tico viene attratto solo dalle estremità (ipoli), mentre non interagisce con la zona cen-trale del magnete composto. Una serie di piùmagneti uguali si comporta come un’unicacalamita con i poli situati alle estremità.Se si separano uno ad uno i vari elementi siriottengono ogni volta coppie di magneti conpoli nord e sud.


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29 - LA PAGLIETTA D’ACCIAIO E IL MAGNETE

Della paglietta di acciaio è sparsa in modouniforme all’interno di una piccola scatola diplastica. Avvicinando al supporto un magne-te si nota che la paglietta segue i suoi movi-menti. Se si distende un magnete sotto allascatolina si nota che la limatura di ferro siaggrega formando dei filamenti, disposti araggiera intorno ai poli magnetici della cala-mita.Alcuni filamenti si dispongono sul pianod’appoggio, alcuni perpendicolarmente adesso e altri obliquamente. Lo spazio in pre-senza di un magnete acquista una nuova pro-prietà: diventa sede di una proprietà ma-gnetica, di un campo magnetico. Tale campopuò essere evidenziato dalla disposizionedella paglietta di acciaio. Se ne ottiene unarappresentazione in questo modo: si appog-gia la scatolina con la calamita sotto ad untavolino di vetro su cui è stato appoggiato unfoglio di acetato trasparente, con un penna-rello si tracciano delle linee, che seguono gliandamenti dei filamenti di limatura di ferro.Cambiando la posizione o solo l’orientazione

della scatolina, si ottiene la stessa rappresen-tazione. Essa è perciò caratteristica deglieffetti del magnete considerato nello spaziocircostante.


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30 - LA BUSSOLA NELLO SPAZIOVICINO AL MAGNETE

Si distende una calamita su di un foglio dicarta bianca, si avvicina al magnete una bus-sola e, con un pennarello, si segna sul fogliola direzione assunta dall’aghetto della busso-la nei vari punti. Ripetendo la stessa opera-zione in tanti punti dello spazio attorno almagnete, si ottiene un disegno costituito dalinee curve che si chiudono attorno al magne-te stesso sul suo lato, e che partono per for-mare curve molto grandi alle estremità della

calamita. Nei due poli della calamita si ottie-ne lo stesso disegno.

31 - UNA BIGLIA DI ACCIAIO NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE

Sopra al disegno ottenuto esplorando ilcampo magnetico di una calamita con labussola, si appoggia una biglia di acciaio. Lasi pone su una delle linee di campo magneti-co costruite davanti a uno dei due poli delmagnete e la si lascia libera. La biglia simuove e si avvicina al polo con velocità cre-scente, seguendo una traiettoria rettilinea,fino ad attaccarsi ad esso.


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32 - IL MAGNETE E LA RAPPRESENTAZIONE DEI SUOI EFFETTI

Si sovrappongono i tre disegni ottenuti: conla paglietta di acciaio, con la bussola e con labiglia di acciaio. Si nota che i tre disegnisono molto simili tra loro. Da questo si puòconcludere che le linee del campo magneticosono le stesse per tutte le calamite a formaallungata e si possono disegnare usandodiversi oggetti (barrette) ferromagnetici oaghetti magnetici (bussoline).

33 - IL MOTO IN UN CAMPO MAGNETICO

Una biglia d'acciaio viene fatta scenderelungo una guida incurvata che si raccordacon un piano orizzontale. La sua traiettoriasul piano, inizialmente rettilinea, vienedeflessa quando la biglia passa in prossimitàdel polo di un magnete.Se intorno al magnete sono disegnate le lineedel campo da esso generato, si può immedia-tamente riconoscere che la biglia segue unatraiettoria che interseca le diverse linee dicampo, ma non ne segue alcuna.La sua velocità cambia direzione ad ogniistante ossia in ogni punto da essa occupato.Questo indica che sulla biglia agisce unaforza prodotta dal magnete sulla sferetta.


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34 - MAGNETIZZAZIONE TEMPORANEA

Avvicinando tra loro due oggetti ferromagne-tici (che interagiscono con un magnete), sinota che tra di loro non vi è alcuna intera-zione. Se si avvicina un chiodo a contatto conuna calamita, ad un altro chiodo, esso vieneattirato dall’altro chiodo. Il chiodo a contat-to con una calamita diventa un magnete tem-poraneo. Gli oggetti di materiale ferroma-gnetico manifestano effetti magnetici solo inpresenza di una calamita.

35 - IL CHIODO DIVENTAUNA CALAMITA

Si trasforma un corpo ferromagnetico in unmagnete permanente strofinando uno dei polidi una calamita sulla punta di un chiodo, sem-pre nello stesso verso e sempre lo stesso polo.Avvicinando poi la punta di tale chiodo a unaltro chiodo si osserva che riesce ad attrarlo.Il chiodo è diventato un magnete, ossia si èmagnetizzato. Tutti gli oggetti di materialeferromagnetico possono diventare magneti.


36 - APRIAMO UN GEOMAG

Incidendo la plastica di una barretta di “Geo-mag” con un taglierino si riesce ad aprirlo pervedere com’è fatto al suo interno. Si nota cheil Geomag non è costituito da un’unica bar-retta magnetica ma da due piccoli cilindrettimagnetici posti alle estremità di una barret-ta di metallo ferromagnetico. I due cilindret-ti sono attaccati magneticamente alla bar-retta da una parte con il proprio polo sud edall’altra con il proprio polo nord. Questocomporta che i due poli della struttura risul-tante siano uno l’opposto dell’altro e che il

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cilindro ferromagnetico acquisti proprietàmagnetiche perché a contatto con due cala-mite. Quindi tale barretta composita si com-porta come un’unica calamita.

37 - COSTRUIAMOCI UNA BUSSOLA

Dopo aver strofinato uno dei poli di una cala-mita sulla punta di un ago, sempre nello stes-so verso, si osserva che l’ago può attrarrepiccoli pezzetti di ferro. L’ago disposto su unsupporto galleggiante di polistirolo si orientanello stesso modo dei magneti permanentigalleggianti o di una bussola. L’ago è diven-tato un magnete, ossia una bussola galleg-giante.


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38 – UNA BUSSOLA VICINO AD UN FILO PERCORSO DA CORRENTE ELETTRICA

In un filo di rame rettilineo e sufficientemen-te lungo si può far circolare corrente elettri-ca collegandone i capi a una batteria e a unpiccolo carico.Una bussola posta nelle vicinanze del filo nonrisente di alcun effetto se non circola corren-

te sul filo. Essa si orienta nella direzionenord-sud in assenza di altri campi magneticiagenti.Quando circola corrente nel filo la bussola siorienta perpendicolarmente al filo se vienedisposta sopra o sotto ad esso.


39 - ESPLORARE L’EFFETTOMAGNETICO DELLA CORRENTE

Si dispongono due o più bussole in posizionidiverse rispetto ad un filo rettilineo percorsoda corrente: sotto ad esso, sopra di esso, indirezione longitudinale rispetto ad esso.L’ago della bussola: ruota fino a portarsi orto-gonalmente rispetto al filo stesso, rispettiva-mente con verso opposto, se posto sopra esotto di esso; non subisce alcun effetto se èdisposto lungo la direzione del filo.Se si inverte il verso della corrente nel filo siinverte anche l’orientazione degli aghi dellebussole disposte sopra e sotto il filo. L'effettomagnetico di una corrente si manifesta in dire-zione perpendicolare alla direzione della cor-rente. Il campo magnetico prodotto ha versoopposto sopra e sotto il filo.Tale verso è fissa-to una volta fissato il verso della corrente.Se si riduce l'intensità di corrente nel filo l'in-clinazione dell'ago è intermedia tra quella

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40 - ESPLORARE IL CAMPOMAGNETICO PRODOTTO DA UN FILOPERCORSO DA CORRENTE

Intorno ad un filo elettrico sospeso vertical-mente sono disposte alcune bussole. Quandonel filo circola corrente gli aghi delle bussoleruotano dalla loro orientazione iniziale,

lungo la direzionenord-sud, versouna nuova orienta-zione lungo unadirezione perpendi-colare al filo e allacongente al filostesso. Gli aghi dibussole poste tutto

nord-sud e quella perpendicolare al filo.Una corrente elettrica produce un campo ma-gnetico che dipende dall’intensità della cor-rente stessa.

intorno al filo si dispongono lungo circonfe-renze concentriche con il filo stesso.

Se si allontanano le bussole dal filo l'effettodiminuisce. Il campo magnetico prodotto da unfilo rettilineo percorso da corrente risulta esse-re punto per punto perpendicolare al filo stessoe decresce con la distanza dal filo.


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41 - IL CAMPO MAGNETICO PRODOTTO DA UN SOLENOIDEPERCORSO DA CORRENTE

Un filo elettrico viene avvolto su un rocchettoper formare un avvolgimento cilindrico, costi-tuito da una serie di spire praticamente paral-lele fra loro (solenoide).Quando nel filo circola corrente, si può esplo-rare il campo magnetico, che viene generato,con una bussola, posta in diversi punti: all’e-sterno del solenoide, alle sue estremità, al suointerno. Si riconosce che il campo magneticoprodotto dall’avvolgimento percorso da cor-rente è molto simile a quello di un magnetelineare, con i poli magnetici posti in corri-spondenza delle estremità dell’avvolgimento.Se con una bussola si descrive una linea chiu-

sa passando dall’interno all’esterno del sole-noide e muovendosi sempre nello stesso senso,l’ago descrive una linea chiusa mantenendosempre lo stesso polo nel verso dello sposta-mento. All’interno dell’avvolgimento la busso-la si orienta lungo l’asse dell’avvolgimentostesso con verso opposto rispetto al verso cheassume all’esterno.

42 - INTERAZIONE TRA CORRENTI ELETTRICHE. L’ESPERIENZA DI AMPERE

Due fili elettrici vengono sospesi in modo da essere disposti paral-lelamente. I loro capi si chiudono su una batteria in modo da for-mare un circuito in serie. La corrente che circola nei due fili in que-sto caso è opposta. Si osserva che i due fili si allontanano fra loro.Se nei fili si fanno circolare correnti nello stesso verso, effettuandogli opportuni collegamenti, si osserva che i due fili si avvicinano.Due fili elettrici si attraggono quando in essi circolano correnticoncordi, si respingono se le correnti sono discordi.


L’estremità di un soleneoide viene posta vici-no ad uno dei poli di un magnete. Quando nelsolenoide circola corrente elettrica il magne-te e il solenoide interagiscono.A seconda del verso della corrente e del polodel magnete più vicino al soleneoide essi siattraggono o si respingono reciprocamente.Se ad esempio si è osservato un effettoattrattivo, invertendo il verso della correntesi osserva repulsione. Analogamente si osser-va repulsione se si mantiene lo stesso versodella corrente, ma si inverte il magnete, inmodo da cambiare la polarità della parte piùvicina al solenoide.Si possono amplificare gli effetti, fissandoall’interno del solenoide un oggetto di mate-riale ferromagnetico (una vite o un cilindrod’acciaio).

Il solenoide percorso da corrente elettricaproduce un campo simile a quello prodottoda un magnete di uguali dimensioni e quindisi comporta in modo analogo nell’interazionecon un altro magnete.

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43 - INTERAZIONE TRA UN MAGNETEE UN SOLENOIDE PERCORSODA CORRENTE


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Si pone un oggetto ferromagntico (ad esem-pio una vite o cilindretto d’acciaio) vicinoall’estremità di un solenoide. Quando nelsolenoide circola corrente elettrica, essosolenoide e oggetto si attraggono. Il solenoi-de si comporta come un magnete di ugualeforma anche nell’interazione con un altrooggetto ferromagnetico.

44 - INTERAZIONE TRA UN SOLENOIDEPERCORSO DA CORRENTEE UN OGGETTO FERROMAGNETICO

45 - INTERAZIONE TRA SOLENOIDI PERCORSI DA CORRENTE

Le estremità di due solenoidi sono affaccia-te. Quando nei due solenoidi circola correnteelettrica, essi interagiscono. Se si inverte lacorrente in uno di essi gli effetti si invertono.Si può ricostruire il verso della corrente neidue solenoidi, a partire dal modo con cuisono state connesse le polarità delle batteriedi alimentazione. Si riconosce allora che sihanno effetti attrattivi (repulsivi) quando neidue solenoidi circolano correnti con versoconcorde (opposto).

Ciascuno dei due solenoidi si comporta comeun magnete. Se le correnti circolano nellostesso verso le polarità affacciate sono oppo-ste e si ha quindi attrazione. Se le correnticircolano in verso opposto le polarità affac-ciate risultano omologhe e quindi si ha repul-sione.


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46 - INTERAZIONE TRA BOBINE PERCORSE DA CORRENTE

Le spire di due solenoidi vengono compatta-te avvicinandole fra loro, ma mantenendociascuna spira isolata elettricamente dallespire vicine. Si ottengono in questo mododue bobine. Le due bobine accostate siattraggono o si respingono a seconda delverso della corrente che viene fatta circola-re in esse, come si può osservare con i sole-noidi.

A parità di numero di spire, gli effetti risul-tano amplificati, rispetto a quelli osservaticon due solenoidi.Gli effetti magnetici prodotti da due bobinedipendono dalla densità delle spire.


47 - L’ELETTROMAGNETE

Un filo elettrico dotato della guaina isolanteviene avvolto su un nucleo ferromagnetico(ad esempio un cilindro o semplicemente unchiodo o una vite di ferro dolce).Quando nel filo circola corrente il nucleo sicomporta come un magnete e quindi attraealtri oggetti ferromagnetici posti nelle vici-nanze. Quando non circola corrente nel filo ilnucleo non produce alcun effetto magneticosugli oggetti vicini.Questo apparato esemplifica il funzionamen-to di un elettromagnete (o elettrocalamita).Se si raddoppia la corrente, ponendo due pileuguali in parallelo, si raddoppia l'effetto ma-gnetico prodotto dall’elettromagnete.

Se si raddoppia la densità degli avvolgimen-ti, raddoppiando il numero di spire avvolte,l’elettromagnete così ottenuto esercita azionidi intensità doppia, a parità di altre condi-zioni.

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pag. 3 PRESENTAZIONE

pag. 5 1 - AVVICINARE UN MAGNETE AD OGGETTI DI VARI MATERIALI

2 - LA CALAMITA E I SASSOLINI DI METALLI FERROMAGNETICI

pag. 6 3 - AVVICINIAMO I SASSOLINI FERROMAGNETICI

4 - LE INTERAZIONI SONO RECIPROCHE

pag. 7 5 - I POLI DEI MAGNETI

6 - AFFACCIARE POLI DIVERSI AD UN MAGNETE SUL TAVOLO

pag. 8 7 - UN MAGNETE NE DISTURBA UN ALTRO APPESO

8 - LA CALAMITA DISTURBA LA BUSSOLA

pag. 9 9 - IL MAGNETE COMANDA L’AGO DELLA BUSSOLA

10 - LA DIREZIONE DELL’AGO DI UNA BUSSOLA

pag. 10 11 - LIBERI DI ORIENTARSI: I POLI DELLA CALAMITA

12 - LA BUSSOLA NELLA STANZA

pag. 11 13 - ESPLORAZIONE DELLA NOSTRA CASA CON LA BUSSOLA

14 - MAGNETI APPESI

15 - ZATTERINE MAGNETICHE

pag. 12 16 - ZATTERINE MAGNETICHE INCANALATE

17 - MAGNETI IN TRENO

18 - MAGNETI IN TUBICINO

pag. 13 19 - LA DISTANZA NELLE INTERAZIONI MAGNETICHE

20 - ATTRAZIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA

pag. 14 21 - REPULSIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA

22 - COMPORTAMENTO DI DUE MOLLE IN TENSIONE

pag. 15 23 - PORTATA DI UN MAGNETE

24 - MAGNETI IN SERIE E IN PARALLELO

pag. 16 25 - LA DEVIAZIONE DELL’AGO DELLA BUSSOLA CHE SI AVVICINA AL MAGNETE

26 - I POLI DI UN MAGNETE E LA GRAFFETTA

pag. 17 27 - IL MAGNETE SPEZZATO

28 - LE CALAMITE CONGIUNTE

pag. 18 29 - LA PAGLIETTA D’ACCIAIO E IL MAGNETE

pag. 19 30 - LA BUSSOLA NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE

31 - UNA BIGLIA DI ACCIAIO NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE

pag. 20 32 - IL MAGNETE E LA RAPPRESENTAZIONE DEI SUOI EFFETTI

33 - IL MOTO IN UN CAMPO MAGNETICO

pag. 21 34 - MAGNETIZZAZIONE TEMPORANEA

35 - IL CHIODO DIVENTA UNA CALAMITA

pag. 22 36 - APRIAMO IL GEOMAC

37 - COSTRUIAMOCI UNA BUSSOLA

pag. 23 38 - UNA BUSSOLA VICINO AD UN FILO PERCORSO DA CORRENTE ELETTRICA

indice


pag. 24 39 - ESPLORARE L’EFFETTO MAGNETICO DELLA CORRENTE

40 - ESPLORARE IL CAMPO MAGNETICO PRODOTTO DA UN FILO PERCORSO DA CORRENTE

pag. 25 41 - IL CAMPO MAGNETICO PRODOTTO DA UN SOLENOIDE PERCORSO DA CORRENTE

42 - INTERAZIONE TRA CORRENTI ELETTRICHE: L’ESPERIENZA DI AMPERE

pag. 26 43 - INTERAZIONE TRA UN MAGNETE E UN SOLENOIDE PERCORSO DA CORRENTE

pag. 27 44 - INTERAZIONE TRA UN SOLENOIDE PERCORSO DA CORRENTE E UN OGGETTOFERROMAGNETICO

45 - INTERAZIONE TRA SOLENOIDI PERCORSI DA CORRENTE

pag. 28 46 - INTERAZIONE TRA BOBINE PERCORSI DA CORRENTE

pag. 29 47 - L’ELETTROMAGNETE


esplorare per interpretare nella scuola primaria FENOMENI ... · Tenendo stretti tra le dita due...

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