Contenuti

1. Saper modellizzare situazioni di moto tratte da contesti reali
   1.1 distinguere tra traiettoria e legge oraria, di tracciare un grafico spazio-tempo da cui ricavare informazioni sulla velocità, di usare in modo appropriato i termini di velocità e accelerazione, di saper associare le variazioni di velocità all’azione di forze
   1.2 descrivere in modo appropriato le diverse forze di attrito (statico, dinamico, resistenza dell’aria)
   1.3 dinamica dei sistemi, associare la variazione di quantità di moto all’impulso di una forza
   1.4 ........

    

2. Saper modellizzare situazioni che coinvolgono i concetti di LAVORO ED ENERGIA
   2.1 saper associare variazioni di energia cinetica di un corpo al lavoro fatto da tutte le forze che agiscono su di esso
   2.2 saper associare il lavoro fatto da una forza conservativa alla variazione di energia potenziale
   2.3 saper descrivere e applicare il teorema della conservazione dell’energia meccanica e la sua generalizzazione per forze non conservative
   2.4 .............

ESPERIMENTI di approfondimento
in laboratorio o in classe

Analizzare le descrizioni e ricercare gli elementi per rispondere, nei vari contesti, alle domande:

1. Chi si muove?
2. Dove si muove?
3. Come si muove?
4. Perché si muove?

Dall’analisi precedente essere in grado di distinguere tra traiettoria e legge oraria, di tracciare un grafico spazio-tempo da cui ricavare informazioni sulla velocità, di usare in modo appropriato i termini di velocità e accelerazione, di saper associare le variazioni di velocità all’azione di forze e le variazioni di energia cinetica al lavoro fatto dalle forze

Per i moti rettilinei, si può ottenere un diagramma temporale in laboratorio di fisica utilizzando varie  apparecchiature. Per esempio:

• guide metalliche con carrelli dotati di marcatempo

• rotaia a cuscino d’aria (avremo già introdotto il concetto di attrito ….) con fotocellule collegate a timer o interfaccia e computer

• sensori di posizione a ultrasuoni o infrarossi interfacciati al computer con software di elaborazione

Per moti più complessi, a livello qualitativo si potrebbe partire con l’osservazione di un moto parabolico o di un moto circolare nel piano e di un moto tridimensionale nello spazio (il moto di una mosca nella stanza…). 

A livello superiore:
- osservare un oggetto in moto circolare .....
- studiare il moto parabolico ......  clicca qui

ES1 - Quando il semaforo diventa verde, una macchina parte con accelerazione a = 4 m/sec², mentre un motorino che arriva in quel momento continua la sua corsa con velocità costante v = 36 Km/h . Calcolare: a) quanto tempo impiega l’automobile a raggiungere e superare il motorino; b) la velocità dell’automobile in quell’istante;c) la distanza percorsa. Rappresentare la situazione graficamente, tracciando x(t) e v(t) per l’auto e per il

motorino.

ES2 - Un'automobile della massa di 830 kg parte da ferma e raggiunge una velocità di 22 m/sec dopo 10 sec. Ammettendo che la sua accelerazione sia costante, determinare il modulo della forza risultante che agisce sull'automobile.

ES3 - Una forza costante F = 5.5 N agisce per un tempo  t = 2.3 sec su un corpo di massa m =0.51 Kg, inizialmente fermo. Calcolare l'accelerazione subita dal corpo e lo spazio percorso nel tempo t

ES4 – Determinare la velocità angolare media della lancetta dei minuti di un orologio

ES5 - In un bar, un avventore lancia lungo il banco un boccale da birra di massa m=500g. Il barista non vede il bicchiere che cade al suolo ad una distanza di 1.4 m dalla base del banco. Sapendo che il banco è alto 0.86 m , calcolare la velocità del boccale al momento in cui lascia il banco

ES6 - Un circuito per gare automobilistiche e' formato da due rettilinei e due curve di raggio di curvatura R = 100 m , come in figura. Il circuito viene percorso in senso orario. Un particolare tipo di vettura può disporre di una accelerazione centripeta massima ac= 10 m/sec², e nei rettilinei di una accelerazione a1=5 m/sec2 e di una decelerazione a2 = -10 m/sec2. Pertanto, con riferimento alla figura, l'automobile, uscendo da una curva, percorrerà un tratto L1 accelerando e un tratto L2 frenando, per affrontare nuovamente la curva successiva con la velocità consentita dall'accelerazione centripeta sopportata dall'auto. Sapendo che

su ogni rettilineo l'automobile raggiunge una velocità massima vMAX = 198 Km/h , calcolare: a) la velocità massima di percorrenza di ciascuna curva, compatibile con ac; b) la lunghezza del tratto L1 percorso in accelerata e del tratto L2 percorso in frenata; c) il tempo di percorrenza del circuito.

d) la velocità' media sull'intero circuito

  Dagli esperimenti di approfondimento svolti in laboratorio o in classe:

• i diagrammi temporali ottenuti possono essere analizzati sia in modo qualitativo che quantitativo. Si possono realizzare anche diagrammi velocità-tempo e accelerazione-tempo. Queste esperienze permettono anche di approfondire le problematiche relative all'indeterminazione sulle misure dirette e alla propagazione degli errori in quelle indirette.

Discutere in classe:

• Il concetto di velocità media http://macosa.dima.unige.it/om/ind/veloci.htm

• Il piano inclinato di GALILEO: vedere link 1  link 2 

• Esperienze sulla misura dell'accelerazione di gravità 

1.2  Altro esempio: chiedere agli studenti di descrivere in mezza pagina situazioni in cui l’attrito è un ostacolo da ridurre/eliminare e altre situazioni in cui l’attrito è un "aiuto" irrinunciabile.

ESPERIMENTI di approfondimento
in laboratorio o in classe

ESERCIZI di consolidamento

Analizzare le descrizioni e ricercare gli elementi per rispondere, nei vari contesti, alle domande

1. Cosa sono le forze di attrito?
2. Quando si manifestano?
3. Che caratteristiche hanno?
4. …………….

Dall’analisi precedente essere in grado di distinguere tra attrito statico e attrito dinamico, di descrivere in modo appropriato le diverse forze di attrito. 

A livello superiore la relativa formalizzazione dopo aver individuato le variabili significative

clicca qui

ES1 - Un blocco di massa m=1.2 Kg è in equilibrio su un piano inclinato di un angolo q=20°. Determinare modulo, direzione e verso della forza di attrito.

ES2 - Uno sciatore di massa M = 80 Kg scende lungo un pendio inclinato di q= 30° rispetto all'orizzontale, con una velocita' costante pari a 54 Km/h . Calcolare:

a) La forza di attrito;

b) Il valore del coefficiente di attrito.

ES3 - Un Tir con massa a pieno carico pari a M = 11·10³ Kg percorre, con velocità costante

vi = 72 Km/h , un tratto stradale rettilineo. A causa della nebbia la visibilità è di soli d=80m. Improvvisamente compare dalla nebbia una macchina ferma di massa m = 900 Kg .

Supponendo il tempo di reazione dell’autista trascurabile si calcoli:

a) la minima decelerazione che permetterebbe al Tir di fermarsi ed evitare l’urto.

b) la velocità vf del Tir al momento dell’urto con l’auto se il conducente ha esercitato una

Esp. 5 -6

Si lascino cadere un foglio di carta e una matita. Disegnare il diagramma di tutte le forze presenti sul foglio o sulla matita e dire se cadono nello stesso tempo o in tempi diversi. E se lo stesso foglio fosse appallottolato?

Descrivere il moto di una pallina in un fluido viscoso (glicerina, miele….)?

Dall’analisi precedente essere in grado di comprendere che la resistenza dell’aria é una forza di attrito che dipende dalla velocità, per cui un paracadutista o una goccia di pioggia raggiungono una velocità costante durante la caduta.

es1

es2

•  Fare il grafico della forza di attrito statico in funzione della forza trainante (a livello qualitativo per tutti e formalizzando a livello superiore: Mg in esp1, F in esp.2, mg in esp.3 e Mgsenq in esp.4) 

• Comprendere che la forza di attrito è direttamente proporzionale alla forza premente (a livello qualitativo per tutti e formalizzando a livello superiore:F in esp1, Mg in esp.2/3 e Mgcosq in esp.4) 

• Comprendere che il coeff. di attrito dipende dai due materiali a contatto

• a livello superiore comprendere che forza_{attrito statico MAX} = m N 

• a livello superiore dalla discussione dell'esp.4 ricavare che  m = tg q  

• Tubo di Newton 
• Corso di laboratorio rivolto ad insegnanti di Fisica  http://www.fisica.unige.it/pls/linea1/lab3_King.htm