L’insegnante può usareil video in modalitàflipped o classflipped,facendolo guardare acasa o a scuola, prima ditrattare i contenuti delcapitolo e senza alcunaintroduzione preliminare.L’apprendimento risultafavorito dalla ricercadi senso da parte deglialunni.segue a pagina I97

L’affermazione migliore è quella di Lucia: «Ma no! Il calore della limonata si è trasferito al ghiaccio.»

La temperatura è associata alla velocità media delle particelle in un materiale: in questo caso, le particelle

della bevanda si muovono più velocemente rispetto a quelle del ghiaccio perché la bevanda si trova a una

temperatura maggiore. Gli urti delle particelle più veloci contro quelle meno veloci trasferiscono l’energia

termica dalla bevanda al ghiaccio.

L’energia termica si trasferisce da un corpo più caldo verso uno più freddo, mai nel verso opposto. Per

questo motivo, sia la risposta di Christian sia quella di Darren non possono essere considerate corrette.

All’inizio della scuola secondaria di primo grado, gli studenti associano il calore alla natura degli oggetti e

non a un trasferimento di energia e ritengono che il «caldo» e il «freddo» possano entrambi passare da

un corpo a un altro.

Gli studenti saranno in grado, alla fine del loro percorso, di associare le loro conoscenze relative al

movimento particellare al trasferimento di calore. Una delle misconcezioni più comuni è quella per cui il

calore sarebbe un fluido che si sposta da un corpo all’altro. È importante far capire agli studenti che in

realtà il calore è una forma di energia associata alla somma dell’energia cinetica di tutte le particelle di un

oggetto e che è energia scambiata fra corpi che si trovano a temperature differenti.

A 201

DAL LAVORO

ALL’ENERGIA

Che titolo daresti alla vignetta? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Come interverresti nella discussione? Qual è la tua opinione?

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Ciak, si impara! Tante forme di energia

Di’ la tua

Secondo me, il freddodel ghiaccio si è trasferito

alla limonata.

ma no! Il caloredella limonata

si è trasferito al ghiaccio.

Secondo me, il caldo e il freddovanno avanti e indietro fino a che

la limonata diventa fresca.

DARRENLUCA

CHRISTIAN

10AParte Capitolo

È molto importante riflettere suquanto siano differenti in questo casoil linguaggio comune e il linguaggioscientifico. Infatti nel linguaggio comune èpossibile trovare una grande abbondanzadi sinonimi per il termine «lavoro»; invecenel linguaggio scientifico, non si puòesprimere lo stesso concetto con un’altraparola.

LezioneL i

A 202

1Una forzaproduce lavoro

1. Il concetto di lavoroIl termine lavoro è molto usato nel linguaggio comune, ma non sempre con lostesso significato che assume in fisica. In genere «fare un lavoro» corrispon-de a compiere un’attività manuale, come spostare dei pesi o fare le pulizie, ointellettuale, come risolvere un problema di matematica o leggere un libro.

In fisica il lavoro è soltanto quello compiuto da una forza durante lo

spostamento di un corpo al quale essa è applicata.

Immagina di dover portare una valigia al quarto piano di un edificio.

Intuitivamente possiamo considerare due diversi aspetti del fenomeno:• il lavoro compiuto è tanto maggiore, quanto più pesante è la valigia;• il lavoro compiuto è tanto maggiore, quanto maggiore è l’altezza alla qua-

le bisogna portare la valigia.

Il lavoro di una forza misura l’efficacia della forza rispetto allo sposta-

mento e corrisponde al prodotto dei valori di forza e spostamento, i cui

vettori hanno la stessa direzione.

lavoro = forza × spostamento

1 Se devi salire le scale, portando lavaligia in braccio, la tua forza muscolarecompie un lavoro che ti consente disollevare la valigia fino al quarto piano.

2 Se metti la valigia nell’ascensore,la forza fornita dalle funi dell’ascensorecompie lo stesso lavoro al posto tuo.

Lezione 1 Una forza produce lavoro

A 203

L’unità di misura del lavoro nel SI corrisponde al prodotto delle unità di mi-sura di forza e spostamento (N × m) e prende il nome di joule (simbolo J) inonore del fisico inglese James Prescott Joule, che studiò il ruolo delle forzenella produzione del lavoro e il legame tra lavoro e calore:

1 J = 1 N × 1 m

2. Lavoro motoreUna forza può compiere diversi tipi di lavoro, in base a come essa è orientatarispetto allo spostamento del corpo sul quale agisce: dobbiamo distinguerese la forza favorisce lo spostamento o lo contrasta.

Quando una forza «spinge» il corpo nello stesso verso in cui sta avve-nendo il suo spostamento, questa forza è tra le forze responsabili di quellospostamento. In questo caso, essa produce un lavoro motore.

Il lavoro motore è prodotto da una forza che contribuisce allo sposta-

mento: in questo caso, l’angolo tra i vettori forza e spostamento è mino-

re di 90°.

Nel linguaggio comune si parla di forza motrice: questo termine indica qua-le, tra le diverse forze che agiscono su un corpo, genera il movimento di quelcorpo.

F

s

F

s

LAVORO MOTORE

La forza muscolare dei caniproduce un lavoro durantelo spostamento della slitta.

LAVORO

La forza esercitata neltirare la slitta favoriscelo spostamento, quindicompie un lavoro motore.

Per portare il peso soprala sua testa, la forzamuscolare dell’atletaproduce un lavoro.

Quando in bicicletta percorri untratto in discesa, la gravitˆ favoriscelo spostamento: è questa la forzache compie un lavoro motore,trasportando te e la bicicletta fino alpunto più basso possibile.

Leggi la schedaLe componenti di una forza

Parte A Capitolo 10 Dal lavoro all’energia

A 204

3. Lavoro resistenteUna forza può anche agire contrastando lo spostamento di un corpo: peresempio, la forza di attrito «spinge» un corpo nel verso opposto rispetto aquello del suo spostamento.

Si definisce lavoro resistente il lavoro prodotto da una forza che con-

trasta lo spostamento: in questo caso, il valore del lavoro di quella forza

è negativo e l’angolo tra forza e spostamento è sempre maggiore di 90°.

1. Completa lo schema.

2. Correggi gli errori (ce n’è uno in ciascuna frase).

a) Il lavoro è uguale al rapporto tra l’intensità di una forza e lo spostamento, che avviene lungo lastessa direzione.

b) L’unità di misura del lavoro nel SI è il newton.

c) Quando una forza contribuisce allo spostamento di un corpo, essa compie un lavoro resistente.

C l l h

IMPARA A IMPARARE

F

sF

s

Quando staisalendo un sentierodi montagna, lospostamento avvieneverso l’alto. In questocaso la gravità locontrasta, «spingendo»il tuo corpo verso ilbasso e compiendo unlavoro «contrario».

LAVORO RESISTENTE

La forza che trattiene il cane sioppone al suo spostamento, quindicompie un lavoro resistente.

ha comeunità di

misura nel SI

Il lavoro di una forza puòessere

L = F × s il . . . . . . . . . . . . . . .

(J)

è . . . . . . . . . . . . . . . di 90°

è . . . . . . . . . . . . . . . di 90°

è. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

all’intensità della

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

alla componente dello

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

la stessadirezione

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

proporzionale

resistente

si calcolacon la

formula

cheha

se l’angolo fra i vettoriforza e spostamento

se l’angolo fra i vettoriforza e spostamento

Lezione 1 Una forza produce lavoro

A 205

LABORATORIO DELLE COMPETENZE

La palla da bowling

Una palla da bowling con una massa m = 8 kg è caduta daun ripiano alto 3 m, provocando un danno. Quanto vale illavoro compiuto dalla forza peso?

In questo caso (caduta libera) lo spostamento della palla ha

direzione . . . . . . . . . . . . . . . . .

La forza peso della palla ha direzione . . . . . . . . . . . . . . . . .Quindi lo spostamento e la forza che lo ha prodotto hanno

la stessa direzione; di conseguenza il lavoro della forza pesoè massimo e si calcola moltiplicando l’intensità della forzaper lo spostamento.

L = FP × s

Calcola prima il peso della palla da bowling:

FP = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . NPoi calcola il lavoro compiuto dalla forza di gravità durante lacaduta:

L = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

Quanto vale il lavoro dellaforza peso mentre staitrasportando in direzioneorizzontale un pacco dimassa m = 10 kg per unadistanza s = 1,5 m?

In questo caso lospostamento del pacco ha

direzione . . . . . . . . . . . . . . . .

e la forza peso ha direzione

. . . . . . . . . . . . . . . . .Se proietti la forza

sulla direzione dellospostamento, ottieni unpunto e quindi una forzainefficace. Infatti quellacomponente della forzanon contribuisce allo

Osserva la foto: calcolaquanto lavoro devecompiere la forza obliquaesercitata dalla ragazza(F = 125 N) per spostarela valigia trascinandola sulpavimento per una distanzadi 1,5 m.

In questo caso lospostamento ha una

direzione . . . . . . . . . . . . . . . .

mentre la forza che loproduce ha direzione

. . . . . . . . . . . . . . . . , diversada quella dello spostamento.

Soltanto la proiezionedella forza sulla direzionedello spostamento è

Dopo aver svolto i problemi riporta le conclusioni nella tabella, cancellando i termini sbagliati.

Lo spostamento avviene sulla stessadirezione della forza.

I vettori forza e spostamento sonoparalleli/perpendicolari.

Il lavoro è massimo.L = Fparallela × s

Lo spostamento del corpo èperpendicolare alla forza.

I vettori forza e spostamento sonoparalleli/perpendicolari.

Il lavoro è nullo.L = 0 × s = 0

La forza è applicata lungo una direzionediversa dallo spostamento.

Solo la componente della forza parallela/perpendicolare allo spostamento ha pro-dotto lavoro, quindi solo questa viene con-siderata per calcolarne il valore.

Una parte della forza «va sprecata».L = Fparallela × s

s = 1,5 m

FP

F = 125 N

s = 1,5 m

F= 100N

s = 3 m

FP

Una forza è totalmente responsabile dello spostamento,soltanto se ne ha la stessa direzione. In caso contrario, occorreproiettare il vettore della forza sulla retta lungo la quale avvienelo spostamento. Soltanto questa proiezione va considerata nelcalcolo del lavoro, perché il resto è «forza sprecata».

spostamento, ma nemmenolo ostacola: la sua intensità èzero.

L = FP × s

L = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

efficace. La lunghezza dellaproiezione può esseredeterminata con un metodografico; nel caso della figuravale 100 N.

L = Fparallela × s

L = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

Un pacco molto pesante Trascinare una valigia

LezioneL i

A 206

2L’energia:indispensabile,ma a volte distruttiva

4. Il concetto fisico di energiaIl termine energia è molto usato nel linguaggio comune, spesso in modo pocoadeguato, legato a qualcosa di soprannaturale o di magico. Guaritori e ciar-latani di ogni genere millantano la miracolosa energia di qualche pietra o dioggetti che possono contribuire a renderci felici o a guarirci.

Nella maggior parte dei casi, pensiamo all’energia come a qualcosa di uti-le per compiere azioni. Tuttavia, in qualche caso, l’energia può avere ancheeffetti negativi, infatti il lavoro a essa associato potrebbe essere di tipo di-struttivo, come nel caso degli urti o delle esplosioni.

Il concetto fisico di energia è in realtà piuttosto semplice, infatti si puòpensare che energia e lavoro siano praticamente la stessa cosa.

Si può definire con il termine energia tutto ciò che può dare lo stesso

effetto di una forza che produce lavoro.

1 Immagina il lavoro normalmente prodotto dalla forzamuscolare di un uomo, per esempio quando solleva unpacco, e prova a pensare a un altro modo per sollevare quelpacco.

2 Il motore elettrico di un muletto può compiere illavoro di molti uomini, quindi esso sviluppa l’energia chegli permette di compiere il lavoro. In questo caso si parla dienergia elettrica.

1 La forza muscolare dei cavalli in passato era usata peril lavoro di trasporto di persone o cose. Pensa a quanti modiabbiamo oggi per trasportare le merci e le persone.

2 Il motore a benzina o a gasolio dell’automobile puòcompiere il lavoro di molti cavalli. Il carburante che metti nelserbatoio possiede l’energia che serve per compiere il lavoro:si tratta di energia chimica.

ENERGIA ELETTRICA

ENERGIA CHIMICA

Lezione 2 L’energia: indispensabile, ma a volte distruttiva

A 207

5. L’energia cineticaIl solo fatto di essere in movimento e di possedere una velocità può consenti-re a un corpo di compiere un lavoro.

L’energia cinetica di un corpo è la sua capacità di produrre lavoro, per

il fatto di possedere una velocità.

La formula con cui si calcola l’energia cinetica di un corpo è la seguente:

Ecin =12

× m × v2

dove m è la massa del corpo in kg e v è la sua velocità in m/s.L’unità di misura dell’energia cinetica è il joule (J), che è anche l’unità di

misura del lavoro. Tuttavia si usa più spesso il suo multiplo kJ, che corrispon-de a 1000 J, poiché il joule è una quantità di energia molto piccola.

Analizzando la formula, osserviamo che:• l’energia cinetica è direttamente proporzionale alla massa del corpo e al

quadrato della sua velocità;• l’energia può assumere soltanto valori positivi, perché né la massa né il

quadrato della velocità possono essere negativi;• un corpo fermo ha velocità uguale a zero, di conseguenza la sua energia

cinetica è nulla.Un corpo che perde tutta la sua velocità si ferma, compiendo un lavoro esat-tamente uguale alla quantità di energia cinetica che possedeva quando erain movimento.

Un oggetto di grande massa lanciatoda una catapulta possiede un’energiacinetica, che è in grado di compiere illavoro necessario per distruggere lemura di una città.

Quando una vettura di Formula 1frena per fermarsi e fare una sostaai box, la forza di attrito compie unlavoro resistente uguale all’energiacinetica che l’auto possedeva quandoera in movimento.

Quando colpisci un chiodo con unmartello, al termine del colpo l’energiacinetica del martello corrisponde allavoro compiuto per far penetrare ilchiodo nel legno.

Parte A Capitolo 10 Dal lavoro all’energia

A 208

6. Le forze viveL’energia cinetica può essere pensata come un modo per immagazzinare illavoro motore, prodotto complessivamente dalle forze che agiscono su uncorpo: è come un salvadanaio dove conservare l’effetto delle forze.

Se applichiamo una forza su un corpo fermo, esso si metterà in movimen-to, acquistando una certa velocità. L’applicazione della forza avrà l’effetto dicaricare il corpo di una quantità di energia cinetica, che prima non possede-va e che risulta uguale al lavoro compiuto dalla forza.

Le forze che producono lavoro si dicono forze vive, perché sono in gra-

do di modificare l’energia cinetica del corpo al quale sono applicate.

Se le forze vive producono un lavoro motore (positivo), l’energia cinetica au-menta; se invece producono un lavoro resistente (negativo), l’energia cineti-ca diminuisce.

Tuttavia non tutte le forze sono in grado di compiere un lavoro. Per esempio,consideriamo la forza che attrae un corpo verso il centro di una traiettoriacircolare: sebbene sia responsabile dell’accelerazione centripeta, la forza nonmodifica il valore della velocità del corpo, ma soltanto la sua direzione.

Le forze che sono perpendicolari al vettore spostamento, come la

forza centripeta, non sono in grado di compiere lavoro.

spostamento

angolo di 90°

forzagravitazionale

FORZA CENTRIPETALa forza di attrazionegravitazionale tra Terrae Luna, pur causandol’accelerazione centripetache mantiene la Luna sullasua orbita, non compielavoro. Infatti non è ingrado di modificare né ilvalore della velocità dellaLuna, né di conseguenza lasua energia cinetica.

1 Il corpo del ragazzo che cade dall’alto dello scivoloacquista sempre più energia cinetica, in proporzionealla sua massa e al quadrato della sua velocità. Esso staimmagazzinando il lavoro compiuto dalla forza di gravità.

2 La forza elastica del tappetone rallenta e ferma l’atletacompiendo un lavoro resistente, così la sua energia cineticadiminuisce.

Lezione 2 L’energia: indispensabile, ma a volte distruttiva

============================================///////////////===============================================================///////////////=====================================================================================

================///////////////==============================================SCIENZA E TECNOLOGIA

================L’energia nelle sue forme======================

Il fabbro compieun lavoro perdeformare ilferro: usa energiamuscolare.

Nel motore dell’autobus,

come in quello dell’automobile,

l’esplosione compie lavoro per

muovere i pistoni: usa energia

chimica.

L’energia è tutto ciò che può dare lo stesso effetto di una forza che produce lavoro.

Il lavoro della forza muscolare è servito da sempre per sollevare, trascinare, deformare

oggetti. In questi casi la forza muscolare umana o degli animali produceva il lavoro

necessario.

Oggi la forza muscolare è spesso sostituita da altri dispositivi, che sono in grado di

dare lo stesso risultato. Questi dispositivi sono i motori, infatti di solito ciò di cui

abbiamo bisogno è un lavoro motore.

Con un motore elettrico, per esempio, siamo in grado di produrre lo stesso lavoro di

sollevamento, spostamento o deformazione: in questo caso, usiamo energia elettrica.In una macchina a vapore o un motore a scoppio, i gas in espansione fanno muovere i

pistoni collegati alle parti in movimento. L’energia in gioco si dice energia chimica,poiché deriva dalla trasformazione delle sostanze chimiche.

Parliamo di energia nucleare quando l’energia viene ottenuta attraverso reazioni

particolari, che modificano gli atomi e ne cambiano l’identità. In questi casi, la quantità

di energia che si ricava è enorme.

===== ==

Nel Sole, come in tutte le

stelle, avvengonoreazioni

nucleariche producono

enormi quantità di energi

a:

essa arriva fino a noi sotto

forma di luce e calore

e costituisce la fonte

primariadi energia per la

vita sulla Terra: si tratta

di energia nucleare.

Il motore della gru

compie un lavoro

per sollevare il

container: usa

energia elettrica.

A 209

Parte A Capitolo 10 Dal lavoro all’energia

A 210

LABORATORIO DELLE COMPETENZE

1. Completa lo schema.

2. Rileggi la lezione e scrivi sul tuo quaderno le definizioni di:

energia, energia cinetica, forza viva.

1 C l t l h

IMPARA A IMPARARE

L’energia cinetica di una palla da bowling

Calcola l’energia cinetica di una palla da bowling, che ha massa m = 3,6 kgnel momento in cui la sua velocità è pari a v = 5,0 m/s.

L’incognita del problema è l’. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ; le grandezze

che conosci sono la . . . . . . . . . . . . . . . . e la velocità.

Scrivi la formula che ti permette di ricavare l’incognita e calcola l’energiacinetica della palla da bowling.

Ecin = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

L’automobile

La massa di un’automobile è pari a 1000 kg. Calcola la sua energia cinetica,sapendo che viaggia a una velocità v = 50 km/h.

Devi prima trasformare la velocità nell’unità di misura del SI.

50 km/h = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m/s

Ora scrivi la formula che ti permette di ricavare l’incognita del problema ecalcola il risultato.

Ecin = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

gli stessieffetti

in diverseforme

il joule (J)

chimica

nucleare

è tutto ciòche può dare

di una forzache produce

ha come unitàdi misura

si presenta . . . . . . . . . . . . . . . . .L’energia

che è caratteristica di

un corpo inmovimento

. . . . . . . . . . . . . . . . .

che è direttamenteproporzionale

al quadrato della

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

del corpo

alla

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

del corpo

per esempio

. . . . . . . . . . . . . . . . .

Il concetto di forza trattato nel capitoloA8 (vedi pagina A152) e quello di energiapresentano delle analogie. La forzaesprime quanto intensamente un oggettoviene spinto e in quale direzione; l’energiainvece esprime quanto risulta efficacel’effetto di quella forza. Il concetto diforza, anche se vettoriale, risulta piùintuitivo; dal punto di vista operativoinvece è matematicamente molto piùsemplice lavorare con una grandezzascalare come l’energia.

LezioneL i

A 211

Forze conservativeed energie potenziali

7. La forza di gravità è una forzaconservativa

Analizziamo il comportamento di due forze diverse, gravità e attrito, nel casodel movimento di un corpo lungo un percorso.

3Guarda il videoLe forze conservative

percorsopiù breve

percorsopiù lungo

forzadi attrito

lavoromassimoin salita

lavoronullo inpianura

forza digravità

Le due forze che abbiamo analizzato si comportano in modo diverso: la forzad’attrito compie un lavoro che dipende dal percorso, invece il lavoro com-piuto dalla forza di gravità dipende soltanto dalle posizioni iniziale e finale.

Una forza si dice conservativa se il suo lavoro dipende solo dalle posi-

zioni iniziale e finale del corpo al quale viene applicata e non dal per-

corso seguito dal corpo.

Quindi la forza d’attrito non è conservativa, invece quella di gravità lo è.

La forza di attrito ha sempre versocontrario allo spostamento, quindi sioppone al movimento in ogni puntodel percorso.

La forza di gravità èsempre verticale, quindisi oppone al movimentosolo nei tratti in salita.

1 Per trascinare un oggetto pesante da un punto all’altrodi una stanza, sceglieremo certamente il percorso più breve,in modo da fare meno fatica. In ogni punto del percorso illavoro compiuto dalla nostra forza muscolare ha lo stessovalore, ma segno opposto, rispetto a quello compiuto dallaforza d’attrito, quindi è tanto maggiore quanto più lungo è ilpercorso.

2 Salendo un sentiero di montagna, il lavoro che dobbiamocompiere per contrastare la forza di gravità è lo stesso cheservirebbe per scalare una parete della stessa altezza. Infattilungo il sentiero il lavoro è nullo nei tratti pianeggianti emaggiore nei tratti più ripidi; lungo la parete verticale illavoro è massimo, ma nel complesso avrà lo stesso valore.

In classi dove è possibile una maggioreformalizzazione, si può far notare larelazione tra la formula dell’energiapotenziale gravitazionale e la formula dellavoro compiuto dalla forza peso:L = FP × s

Sapendo che, per il secondo principiodella dinamica (vedi pagina A178),FP = m × g

e considerando che lo spostamento inverticale corrisponde all’altezza del corpoda terra, si comprende come l’espressionedell’energia potenziale gravitazionaleEpot ∙ g = m × g × h

ci permetta di dire che numericamentelavoro ed energia sono la stessa cosa.

La forza elastica è stata introdottanel capitolo A8 (vedi pagina A156).Esaminandone le caratteristiche,è possibile far comprendere aglistudenti che anche in questo caso illavoro compiuto dalla forza dipendeesclusivamente dal suo stato dicompressione o decompressione.

Parte A Capitolo 10 Dal lavoro all’energia

A 212

8. Le energie potenzialiQuando una forza è conservativa, il lavoro che può compiere non dipendedal percorso ma soltanto dallo stato iniziale e finale. Quindi a quella forzaassociamo direttamente un valore di energia uguale al lavoro compiuto.

Prendiamo come esempio un vaso di fiori di massa m = 2 kg, posto suldavanzale di una finestra, a un’altezza h = 5 m da terra. Che cosa succedereb-be se il vaso dovesse cadere dal davanzale? Toccando terra, il peso del vasosarebbe in grado di compiere un lavoro, rompendosi o danneggiando un’autoparcheggiata. Ciò significa che quell’oggetto possiede energia, soltanto per ilfatto di trovarsi in una posizione più alta rispetto a terra.

Quando il vaso è sul davanzale, la sua energia non si esprime: questa ener-gia è potenziale perché può essere spesa se il vaso cade per azione della forza digravità.

Si definisce energia potenziale gravitazionale il lavoro che la forza di

gravità (cioè il peso dell’oggetto) può compiere, spostando un oggetto

da una certa altezza (h) fino a un punto di altezza zero.

Il valore dell’energia potenziale gravitazionale di un corpo si calcola molti-plicando la sua massa per l’accelerazione di gravità e per l’altezza alla qualeesso si trova rispetto al suolo:

Epot ∙ g = m × g × h

Quindi se il nostro vaso cade fino a terra, esso compie un lavoro pari all’ener-gia potenziale gravitazionale che possedeva un attimo prima di cadere:

Epot ∙ g = 2 kg × 9,8 m/s2 × 5 m = 98 J

Anche la forza elastica è un esempio di forza conservativa: di conseguenza,anche nel caso di molle o altri oggetti che si deformano, potremo parlare dienergie potenziali. Quando una molla deformata viene lasciata libera, infat-ti, restituisce il lavoro che è stato fatto per comprimerla o per allungarla.

Definiamo energia potenziale elastica l’energia associata alla capacità

di un qualunque oggetto deformato di compiere lavoro, in virtù della

deformazione elastica subita.

Quando l’arco è flesso, esso è in grado di compiereun lavoro, ma lo farà soltanto se la corda vienelasciata libera. L’energia che possiede quando è intensione è un’energia potenziale elastica.

Una mollacompressapossiedeun’energiapotenzialeelastica, chedipende dal suoaccorciamento,e potrà produrrelavoro soltantoquando verràlasciata libera diriallungarsi.

Lezione 3 Forze conservative ed energie potenziali

A 213

LABORATORIO DELLE COMPETENZE

1. Completa lo schema.

IMPARA A IMPARARE

Il limite di velocitàMolte persone pensano che i limiti massimi di velocità sulle autostrade italiane siano troppo bassie propongono di alzare il valore a 150 km/h. Analizza i valori di energia cinetica posseduta daun’auto di media cilindrata (con una massa m = 1200 kg), che viaggia a diverse velocità.

Quando l’automobile viaggia a 130 km/h (= 36,1 m/s), possiede un’energia cinetica di:

Ecin1= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . = . . . . . . . . . . . . . . . . J = . . . . . . . . . . . . kJ

Quando invece viaggia a 150 km/h (= 41,7 m/s), il valore dell’energia cinetica è:

Ecin2= . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . = . . . . . . . . . . . . . . . . J = . . . . . . . . . . . . kJ

Il calcolo dell’energia ci dice che un aumento di 20 km/h, che corrispondono al 15% in piùdi velocità, fa aumentare l’energia cinetica, e di conseguenza il lavoro distruttivo che potrebbecompiere in caso di un urto, di una quantità pari a . . . . . . . . . . . . kJ.

Per calcolare la percentuale di aumento dell’energia cinetica, puoi dividere l’aumentodi energia per il valore di Ecin1

e moltiplicarlo per 100.

aumento percentuale = . . . . . . . . . . . . × 100 = . . . . . . . . . . . . %

La pallina da tennisIl record di velocità nel tennis è stato stabilito dall’australiano Samuel Groth, che in una battuta èriuscito a scagliare la pallina al di là della rete a una velocità di 263 km/h.

Visto che una pallina da tennis ha una massa m = 58 g, quanto valeva l’energia cineticadella pallina nella battuta da record di Groth?

Trasforma la velocità da km/h a m/s: 263 km/h = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . m/s

Trasforma la massa della pallina da g a kg: 58 g = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . kgApplica la formula dell’energia cinetica: Ecin = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

Il tuffatoreUn tuffatore con una massa m = 70 kg si tuffa da una piattaforma alta h = 10 m.

Qual è la sua energia potenziale gravitazionale prima del tuffo?

Epot ∙ g = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

Nell’istante in cui il tuffatore entra in acqua, la sua energia potenziale gravitazionale diventa ugualea zero (h = 0 m), poiché si è tutta trasformata in energia cinetica.

Applicando la formula inversa dell’energia cinetica, calcola la velocità con la quale il tuffatoreentra nell’acqua.

Ecin =12

× m × v 2 v 2 = . . . . . . . . . . v = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . = . . . . . . . m/s

energie

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

peresempio

percorsoun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .compiono che è indipendente dal

l’energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

l’energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . elastica

sono associate a

Le forze conservative

LezioneL i

A 214

4La conservazionedell’energia

9. L’energia si trasformaUno dei più importanti principi della fisica afferma che l’energia si trasformacontinuamente da una forma all’altra nel corso di vari processi, ma la suaquantità totale resta sempre costante.

Per comprendere questo concetto, consideriamo la situazione ideale diun corpo che si muove senza attrito lungo un percorso, che prevede unadiscesa e poi un tratto orizzontale, al termine del quale il corpo viene ral-lentato da una molla, che funziona da respingente.

5 A questo punto la molla si riallunga, restituendo alcorpo la sua energia cinetica. Il moto del corpo riprendeall’indietro poi, nel tratto in salita, rallenta e perde pian pianola sua energia cinetica, che si trasforma in energia potenzialegravitazionale.

Guarda il videoLe trasformazionidell’energia

h

Epot ∙ g = m × g × h

Ecin = 0

Epot ∙ gEcin Epot elastica

1 All’inizio il corpo è fermo, pertanto non possiede energiacinetica. Tuttavia, trovandosi in alto, possiede energiapotenziale gravitazionale.

2 Lungo la discesa, l’altezza diminuisce e, di conseguenza,diminuisce via via l’energia potenziale gravitazionale. Ladiminuzione viene compensata da un identico aumento dienergia cinetica, poiché il corpo sta acquistando velocità.

3 Arrivati al tratto orizzontale, ad altezza zero, il corpoha perso tutta l’energia potenziale gravitazionale, che si ètrasformata in energia cinetica. Questa avrà così raggiuntoil suo massimo valore, che è identico a quello dell’energiapotenziale di partenza.

4 Quando il corpo si scontra con la molla, la comprime erallenta fino a fermarsi: la sua energia cinetica diminuiscefino a esaurirsi. L’energia cinetica viene completamentetrasformata in energia potenziale elastica «racchiusa» nellamolla compressa.

Epot ∙ g Ecin Epot elastica

Epot ∙ g = 0

Ecin = × m × v 212

Epot ∙ g Ecin Epot elastica

h

Epot ∙ g = m × g × h

Ecin = × m × v 212

Epot ∙ g Ecin Epot elastica

Epot ∙ g = 0

Ecin = 0

Epot elastica

h

Epot ∙ g = m × g × h

Ecin = × m × v 2

Epot ∙ g Ecin Epot elastica

12

Lezione 4 La conservazione dell’energia

A 215

Se potessimo eliminare tutti gli attriti, la pallina si muoverebbe per sempreavanti e indietro.

Quando il movimento di un corpo è determinato da forze conservative,in questo caso gravità e forza elastica, l’energia in gioco si trasforma conti-nuamente da una forma all’altra (da potenziale a cinetica e viceversa), ma lasua quantità totale si conserva, cioè non può né aumentare né diminuire, inqualunque istante e in qualunque posizione del percorso.

La somma delle energie potenziali e dell’energia cinetica di un corpo

viene detta energia meccanica EM

.

EM

= Ecin

+ Epot

= costante

LABORATORIO DELLE COMPETENZE

Osserva la situazione descritta dai disegni del paragrafo 9 e supponi che la pallinaabbia una massa di 200 g e che parta da uno scivolo alto 50 cm. Calcola l’energiacinetica che possiede quando tocca la molla. Qual è la sua velocità?

Suggerimento: fai attenzione alle unità di misura e trasformale in quelle del SI.

Calcola l’energia della pallina in movimento

1 Scrivi di dati del problema. 2 Calcola l’energia potenziale della pallina all’inizio delpercorso.

3 Con quanta energia cinetica arriva a toccare la molla? 4 Calcola la velocità della pallina, usando la formulainversa dell’energia cinetica.

Parte A Capitolo 10 Dal lavoro all’energia

A 216

1. Completa lo schema.

2. Una palla di massa m = 1,2 kg cade dal quinto piano di un palazzo

(h = 15 m). Quanto vale la sua energia cinetica quando arriva a terra?

m = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

h = 15 m� Epot = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

h = 0 m� Ecin = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 C l t l h

IMPARA A IMPARARE

h

L’energia

negli attritisecondo il principio

si trasforma

non si può

sidisperde creare . . . . . . . . . . . . . . .

di . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dell’energia

da una . . . . . . . . . . . . . . .

a un’altra

sotto forma di

. . . . . . . . . . . . . . .

10.L’energia non si distruggeNel caso precedente abbiamo ipotizzato l’assenza di attrito: una condizio-ne non realizzabile nella realtà, perché l’attrito è sempre presente. L’effettodell’attrito non è la distruzione dell’energia meccanica, ma la sua trasforma-zione in calore, un’altra forma di energia che si disperde nell’ambiente circo-stante. Nelle trasformazioni di energia, una parte di essa diventa calore, che èconsiderato energia «degradata» perché in gran parte si disperde, quindi nonpuò essere usato per produrre lavoro.

In ogni trasformazione, quindi, se nel bilancio dell’energia consideriamoanche il calore, il suo valore totale rimane costante.

Secondo il principio di conservazione dell’energia, l’energia non si può

creare, né distruggere, ma soltanto trasformare da una forma all’altra.

Strofinarsi le mani vigorosamentepuò servire per riscaldarle quandofa freddo. Anche in questo caso laforza di attrito trasforma l’energiacinetica in calore.

Per accorgersi del fatto cheparte dell’energia meccanicapuò trasformarsi in calore,è sufficiente toccarel’esterno di un frullatore,dentro cui si produconoattriti.

In riferimento alle unità di misuradel calore, l’insegnante può fare uncollegamento con il capitolo C3, dove siparla di alimentazione ed energia neglialimenti (vedi pagine C44-C45).

LezioneL i

A 217

Il calore come formadi energia

11.Il calore è energia termicaNell’antichità, il calore era considerato un materiale fluido. Soltanto verso lametà dell’Ottocento fu riconosciuto come una forma di energia. Il fisico in-glese Joule dimostrò per la prima volta in modo sperimentale che una partedell’energia di movimento si può trasformare in calore attraverso l’attrito.

Oggi sappiamo che il calore non è una sostanza, ma è una delle tante for-me di energia, detta energia termica: esso si ottiene dalla trasformazione dialtre forme di energia.

Il calore è un tipo di energia che si trasferisce spontaneamente da un

corpo a temperatura maggiore verso un corpo a temperatura minore.

L’energia termica corrisponde alla somma dell’energia cinetica di tutte leparticelle di un corpo; si differenzia così dalla temperatura, che invece è unindice della velocità media delle particelle di un corpo.

5

12.Le unità di misura del caloreLa prima unità di misura del calore definita sperimentalmente fu chiamatacaloria.

La caloria è la quantità di calore che occorre fornire a 1 g di acqua per

innalzare la sua temperatura di 1 °C: precisamente da 14,5 °C a 15,5 °C.

Visto che la caloria è una quantità di calore molto piccola, si usa più spessola kilocaloria (1 kcal = 1000 cal). Questa unità di misura si usa ancora oggiper indicare l’energia fornita dagli alimenti: sulle etichette alimentari, trovile indicazioni nutrizionali che riportano l’energia fornita da 100 g o 100 mLdell’alimento.

L’unità di misura del calore nel SI è la stessa dell’energia, cioè il joule.

La relazione numerica tra caloria e joule è la seguente: 1 cal = 4,186 J.

Nella resistenzadi una stufa,l’energiaelettrica vienetrasformata incalore attraversoil passaggio dicorrente.

Nella combustione, parte dell’energiachimica immagazzinata neicombustibili si trasforma in calore.

Di solito, sulle etichette alimentaril’energia fornita dall’alimento èespressa sia in kcal sia in kJ.

Per i ragazzi, può essere utile riprenderei moti convettivi, trattati nel capitolo A3(vedi pagina A47), proponendo alcuniesempi.

Per riassumere le forme di energiaapprofondite nel capitolo e fissare ilconcetto, l’insegnante può proporreagli studenti il compito di realtà «Qualeenergia?» (vedi pagina I97).

Parte A Capitolo 10 Dal lavoro all’energia

A 218

13.Il calore si trasmetteIl calore è energia che si può trasmettere da un corpo all’altro in diversi modi;i trasferimenti di calore modificano la temperatura dei corpi.

Il calore si trasmette per conduzione, convezione o irraggiamento.

La convezione è la trasmissione di calore all’interno di un fluido attraversomoti convettivi. Se scaldiamo un gas o un liquido in un punto localizzato, essosi dilata e la sua densità diminuisce: il fluido riscaldato tende dunque a salireverso l’alto, galleggiando sulla parte del fluido più fredda. Si innescano quin-di dei movimenti in cui il fluido più caldo sale e quello più freddo scende:questi moti convettivi rimescolano e riscaldano tutto il fluido. Nella conve-zione il calore si propaga mediante uno spostamento di materia.

Nella conduzione, attraverso gli urti tra le particelle, il calore si trasmetteda zone a temperatura maggiore, dove le particelle vibrano più velocemen-te, a zone a temperatura minore. Se mettiamo a contatto due corpi a diver-sa temperatura, il calore si trasferisce dal corpo a temperatura maggiore aquello a temperatura minore fino a quando entrambi i corpi hanno la stessatemperatura, cioè fino al raggiungimento dell’equilibrio termico. Ogni mate-riale ha un suo modo di condurre il calore: per esempio, i metalli sono ottimiconduttori, mentre il legno e la plastica sono cattivi conduttori e sono dettiisolanti termici. Nella trasmissione del calore per conduzione, le particelle siscambiano energia cinetica senza che ci sia spostamento di materia.

Il fatto che il calore del Sole arrivi sino a noi ci conferma che esso, come lealtre forme di energia, può propagarsi anche sotto forma di onde: le radiazio-ni trasportano energia senza spostamento di materia e possono propagarsisia nell’aria, sia nel vuoto. Questo tipo di trasmissione si dice irraggiamento

e i raggi che trasportano il calore si chiamano infrarossi. Tutti i corpi emetto-no raggi infrarossi, più o meno intensi a seconda della temperatura a cui sitrovano.

L’aria di una stanza si riscalda tuttaper i moti convettivi che si generano apartire dalle fonti di calore.

Le mani, messe a contatto con unoggetto a temperatura maggiore diquella corporea, si riscaldano perconduzione.

I raggi infrarossi si possono «vedere»con speciali telecamere. Anche ilcorpo umano li emette.

Lezione 5 Il calore come forma di energia

A 219

1. Completa lo schema.

2. Correggi gli errori (ce n’è uno in ciascuna frase).

a) Il calore è una forma di energia, detta temperatura, che può essere trasferitada un corpo a un altro.

b) La caloria è la quantità di calore che occorre fornire a 1 kg di acqua, per innalzarela sua temperatura di 1 °C.

c) Il calore può essere trasmesso per convezione da un corpo solido a un altro.

1 C l t l h

IMPARA A IMPARARE

============================================///////////////===========================================

======================///////////////===========================================================SCIENZA E STORIASCIENZA E STORIA=====

================Le macchine termiche======================

Affermare che il calore è energia, cioè

capacità di compiere lavoro, significa

anche essere in grado di realizzare

dispositivi capaci di riconvertire

il calore in energia meccanica. Si

tratta di quelle che chiamiamo macchinetermiche, usate in tutto il mondo comemotori dei veicoli da trasporto.

La prima rudimentale macchina di Thomas

Newcomen fu costruita per sollevare

l’acqua che inondava le miniere.

La successiva invenzione si deve a

James Watt, che ideò la macchina avapore, modificata e migliorata più

volte dallo stesso Watt.

////////===================================================================================

========================================================

s

Il «motore» di Wattfu usato dapprima persollevare acqua, inseguito fu applicatodirettamente a dispositivimeccanici, come i telaiper produrre tessuti.

=== ==================================

Soltanto nel 1803,

con l’invenzione

dellaprima

locomotiva,

il

motore fu ap

plicato

per la primavolta

a un mezzo in

gradodi sposta

rsi

autonomament

e su

rotaia, senza

trazione ani

male.

==================== /////=====

detta

energia . . . . . . . . . . . . .

è

si trasmette per convezione

conduzione

. . . . . . . . . . . . . .

che

verso

un corpo a temperatura

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ha come unitàdi misura nel SI

il . . . . . . . . . . . (J)

Il calore

un tipo di . . . . . . . . . . . . . . . . . .

si trasferiscespontaneamente

un corpo a temperatura

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

da

A10 SINTESI PER TUTTI

Che cos’è il lavoroin fisica?Una forza produce lavoro | pag. A202

Quanti tipi di energiapotenziale conosci?Forze conservative ed energie potenziali| pag. A212

Come si definiscel’energia?L’energia: indispensabile, ma a voltedistruttiva | pag. A206

Che cosa affermail principio diconservazionedell’energia?La conservazione dell’energia | pag. A216

Qual è la differenza tracalore e temperatura?Il calore come forma di energia | pag. A217

In fisica il lavoro è quello compiuto da una forza durante lospostamento di un corpo al quale essa è applicata. Il lavoro di unaforza misura l’efficacia della forza rispetto allo spostamento.

lavoro = forza × spostamento

L’unità di misura del lavoro è il joule (J).Il lavoro motore è prodotto da una forza che contribuisce allo

spostamento; il lavoro resistente da una forza che lo contrasta.

Si può definire con il termine energia tutto ciò che può dare lo stessoeffetto di una forza che produce lavoro. Esistono tanti tipi di energia:cinetica, elettrica, chimica, nucleare, potenziale, termica.

L’unità di misura dell’energia è la stessa del lavoro: il joule (J).

Che cos’è l’energiacinetica?L’energia: indispensabile, ma a voltedistruttiva | pag. A207

L’energia cinetica di un corpo è la sua capacità di produrre lavoroper il fatto di possedere una velocità.

Ecin

=12

× m × v 2

Abbiamo visto 2 tipi di energia potenziale.• L’energia potenziale gravitazionale è il lavoro che la forza di

gravità (cioè il peso dell’oggetto) può compiere, spostando unoggetto da una certa altezza (h) fino a un punto di altezza zero.

Epot ∙ g

=m× g× h

• L’energia potenziale elastica è l’energia associata alla capacitàdi un qualunque oggetto deformato di compiere lavoro, in virtùdella deformazione elastica subita.

Il principio di conservazionedell’energia dice che l’energia

non può essere creata né

distrutta, ma soltanto

trasformata da una formaall’altra.

Il calore è una forma di energia, detta energia termica, che sitrasferisce spontaneamente da un corpo a temperatura maggioreverso un corpo a temperatura minore.

Il calore corrisponde alla somma dell’energia cinetica di tuttele particelle di un corpo, mentre la temperatura è un indice dellavelocità media delle sue particelle.

Il calore può essere trasmesso per conduzione, convezione oirraggiamento.

A 220

è

A10 ESERCIZI

A 221

CONOSCENZE

1. Completa la mappa concettuale.

jouleforzemotorechimicaconservazioneconduzionetrasformameccanica

2. Il lavoro di una forza

A misura l’effetto utile, derivante dalla combinazionedi una forza con uno spostamento.

B è direttamente proporzionale alla velocità di uncorpo.

C misura la velocità che una forza può imprimerea un corpo.

D è inversamente proporzionale allo spostamentoprodotto dalla forza.

3. L’energia cinetica di un corpo

A è indipendente dalla sua massa.B dipende dalla sua velocità.C dipende dal suo spostamento.D è indipendente dalla sua velocità.

4. Una forza si dice conservativa quando

A il lavoro che compie dipende solo dalla posizioneiniziale e finale del corpo su cui agisce.

B conserva la sua intensità nel tempo.C il lavoro che compie dipende dal percorso compiuto

dal corpo su cui agisce.D provoca un’accelerazione del corpo.

5. Vero o falso? Correggi le affermazioni errate sul

tuo quaderno.

a. Il lavoro motore è il lavoro prodottoda una forza che contrasta lo spostamento. V F

b. Quando la forza e lo spostamentosono perpendicolari tra loro, il lavorodella forza è nullo. V F

c. Il lavoro di una forza e l’energia sonograndezze diverse e hanno differenti unitàdi misura. V F

d. Mentre un corpo cade verso il basso,diminuiscono sia la sua energia potenzialegravitazionale sia la sua energia cinetica. V F

6. Rispondi alle domande sul tuo quaderno.

a. Quando ti arrampichi su una corda, la forza digravità compie un lavoro motore oppure resistente?

b. Come cambia l’energia cinetica di un corpo, alvariare della sua velocità?

c. Che relazione c’è tra l’energia potenzialegravitazionale di un corpo e la sua altezza dal suolo?

d. Quando ti scotti toccando una pentola calda,quale modo di trasmissione del calore è in gioco?

. . . . . . . . . . . . . . resistente

rispetta il

secondo il quale

principio di. . . . . . . . . . . . . . . . . .

non si crea né sidistrugge, ma si. . . . . . . . . . . . . . . . .

L’energia

convezione

irraggiamentoenergiacinetica

energiapotenziale

ONLINEMettiti alla provacon 20 esercizi interattivi

Costruiscila tua mappa

. . . . . . . . . . . . . .

lavoro

ha gli stessieffetti del

unitàdi misura

il . . . . . . . . . . . . . . . .

la cui

dalle. . . . . . . . . . . . .

compiuto

elettrica

. . . . . . . . . . . . . .

che sitrasmette per

che è lasomma di

. . . . . . . . . . . . . .

termica ocalore

che può essere

nucleare

formesi

presentain diverse

come

spostamentopeso

ABILITÀA10 ESERCIZI

A 222

7. Completa le equivalenze.

a. 12 cal = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

b. 250 J = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . cal

c. 1023 J = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . cal

d. 356 cal = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

e. 2352 J = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . cal

f. 816 cal = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J

8. Due bicchieri della stessa grandezza contengono

acqua a 30 °C. Il primo bicchiere contiene 20 g di

acqua e il secondo 40 g. Rifletti su come scambiano

calore con l’ambiente.

Quale dei due bicchieri avrà ceduto all’aria la maggiorequantità di energia termica, dopo che entrambi avrannoraggiunto la temperatura dell’ambiente a 25 °C?A Il bicchiere A.B Il bicchiere B.C Entrambi ne avranno ceduto la stessa quantità.D Nessuno dei due ha ceduto energia.

11. Immagina un masso di 3000 kg che si trova a

un’altezza di 400 m, rispetto al livello della vallata

sottostante, e rispondi alle domande.

A B

10. Rappresenta con un disegno schematico uno

sciatore che scende da una pista evidenziando i vettori

forza e spostamento.

Qual è la forza che sicuramente compie un lavoro?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Una trave di cemento di massa 150 kg è sollevata

da una gru fino a un’altezza di 18 m.

Quanto vale il lavoro compiuto dalla forza che solleva?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30 °C

20 g

30 °C

40 g

Motiva la tua risposta.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

a. Che tipo di energia possiede il masso?

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

b. Quale formula devi usare per trovare il valoredell’energia posseduta dal masso?

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c. Quali sono i dati che usi nel calcolo?

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d. Qual è il risultato?

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A10 ESERCIZI ABILITË

A 223

13. Risolvi il cruciverba.

Orizzontali

1. L’energia di un corpo in movimento.4. Energia termica.5. L’unità di misura dell’energia nel SI.8. L’energia potenziale con formula

m × g × h.10. Le forze che producono lavoro.Verticali

2. Modo in cui il calore si trasmettein un fluido.

3. È l’energia che deriva dalla sommadelle energie potenziale e cinetica.

6. La quantità di calore che occorrefornire a 1 g di acqua perinnalzare la sua temperaturadi 1 °C.

7. Il lavoro prodotto quando l’angolotra i vettori forzae spostamento è minore di 90°.

9. Misura l’efficacia della forzarispetto allo spostamento.

1 2

3

4

5

6

7

8 9

10

12. Osserva le figure e rispondi alle domande.

Considera una botte che si sposta in salita lungo unpiano inclinato di 30°.a. Quale angolo formano tra loro la forza di

gravità e lo spostamento?

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b. In questo caso, come puoi classificare il tipo dilavoro compiuto dalla forza di gravità?

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c. Lo spostamento di 4 m lungo il pianocorrisponde a due spostamenti perpendicolaritra loro, uno di 2 m e l’altro di 3,46 m. Su qualecomponente dello spostamento influisce laforza di gravità?

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4 m

30°

FP

4 m

3,46 m2 m30°

30°

FP

d. La botte pesa 500 N. Calcola il lavorocompiuto dalla forza di gravità.

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C I I C A

M

C A L O R E

J O U L

C

I M

G R A V O N A L

V I V E

Per la griglia di rilevazione di questocompito di realtà, vedi pagina XLIV.

La griglia di questo compito

L’insegnante può guidare gli studenti, stilandoinsieme a loro l’elenco degli elettrodomesticida considerare e organizzando la tabella con laquale costruire il diario. Altrimenti l’insegnantepuò lasciare agli studenti la massima autonomianelle scelte. Il compito dovrebbe concludersi conla presentazione del diario e una discussione suirisultati ottenuti.

A 224

A10 ESERCIZI COMPITO DI REALTÀ

1. What kind of radiation do hot objects emit?

A Gamma radiation.

B Infrared radiation.

C Microwave radiation.

2. In what materials can convection take place?

A Solids and liquids.

B Solids and gases.

C Gases and liquids.

3. An object has a gravitational potential energy of 800 J. What willits maximum kinetic energy be?

A 400 J.

B 800 J.

C 0 J.

14. Per capire quanta energia risparmi facendo lavorare le macchine

al posto tuo e per riflettere sull’enorme richiesta energetica di un mondo

sviluppato, costruisci un diario settimanale dell’energia che utilizzi

per piccoli lavori.

A10 ESERCIZI CLIL

Percorso guidato

1. Individua quali macchineed elettrodomestici usiogni giorno per risparmiarel’energia dei tuoi muscoli

2. Scopri il valore dellapotenza di ciascunamacchina, espresso inW. Questo ti permetteràdi valutare la quantità dienergia necessaria a farlafunzionare.

4. What is the kinetic energy of a rock if it rolls down a hill 300 mhigh, at a velocity of 3 m/s?(Rock’s mass is 10 kg.)

A 45 J.

B 90 J.

C 15 J.

5. Which of the following is the way that the Sun heats the Earth?

A Nuclear.

B Radiation.

C Conduction.

6. What kind of energy transfer takes place when you’re listeningto the radio?

A From electrical to chemical.

B From electrical to light.

C From electrical to sound.

COMPETENZA MATEMATICAE COMPETENZE DI BASE IN SCIENZA E TECNOLOGIA

La potenza di un apparecchio corrisponde all’energiache eroga nell’unità di tempo e di solito è espressain watt. Per esempio, se un elettrodomestico ha unapotenza di 250 W, per ogni secondo di funzionamentoalla massima potenza usa 250 J di energia. Persemplificare i calcoli, supponi di usare i tuoielettrodomestici sempre alla massima potenza.

3. Prendi nota per unasettimana di quante voltee per quanto tempo usiciascun apparecchio.

4. Organizza i dati in unatabella.

5. Alla fine della settimana,calcola l’energia totale usatadai tuoi elettrodomestici, checorrisponde più o meno allavoro che ti sei risparmiato.

15. Choose the correct answer.