A MATERIA Il piacere di apprendere Gruppo Editoriale ELi BUONE NOTIZIE PER IL FUTURO Fabio CALVINO Rita POLETTI Marinella TORRI Oltre l’insegnamento Educ Ability
INDICE 6 CONTENUTI DIGITALI INTEGRATIVI INDICE LA SCIENZA E IL SUO METODO 16 lezione 1 Il metodo sperimentale 18 1. Dalla magia alla scienza 18 2. Galileo Galilei e il metodo sperimentale 19 3. Le fasi del metodo sperimentale 19 lezione 2 Facciamo un esperimento 22 1. Applichiamo il metodo sperimentale 22 2. Misure ed errori 23 3. La relazione di laboratorio 24 lezione 3 Misurare le grandezze: lunghezza, superficie e volume 26 1. Misurare vuol dire confrontare 27 2. Il Sistema Internazionale di unità di misura 27 3. Gli strumenti di misura 28 4. Misurare la lunghezza 28 5. Misurare la superficie 29 6. Misurare il volume 29 lezione 4 Misurare le grandezze: massa, peso e tempo 30 1. Misurare la massa 31 2. Misurare il peso 31 3. Densità e peso specifico 32 4. Misurare il tempo 33 LEZIONE 5 La rappresentazione grafica dei dati 34 1. Tabelle e rappresentazioni grafiche 34 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 38 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 41 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 43 CLIL THE ISS INTERNATIONAL SPACE STATION 45 1 UNITÀ LEZIONI IN ANTEPRIMA Galilei e il metodo sperimentale La ricerca di Hasler Grandezze e misure Misurare lunghezza, superficie e volume Misurare massa e tempo Modelli scientifici Lezioni in MP3 Test interattivi Listening MATERIA Le teorie scientifiche e i fenomeni naturali 14 1 TEMA Parla lo scienziato Leggi le norme di sicurezza in laboratorio
INDICE 7 LA STRUTTURA DELLA MATERIA 46 lezione 1 La materia e le sue caratteristiche 48 1. La materia forma tutto quello che ci circonda 48 2. La materia possiede proprietà fisiche e chimiche 49 3. La materia si presenta in diverse forme chiamate sostanze 50 lezione 2 La composizione della materia 52 1. La materia è formata da atomi 52 2. Dagli atomi alle molecole 53 3. Le sostanze possono essere semplici o composte 53 4. I miscugli 54 lezione 3 Gli stati fisici della materia 56 1. Solidi, liquidi e aeriformi 56 2. Le proprietà dei solidi 57 3. Le proprietà dei liquidi e degli aeriformi 58 4. Lo stato di plasma 59 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 60 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 63 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 65 CLIL HETEROGENEOUS AND HOMOGENEOUS MIXTURES 67 LA TEMPERATURA E IL CALORE 68 lezione 1 La temperatura 70 1. La temperatura e l’agitazione termica 70 2. Il calore è una forma di energia 71 3. Relazioni fra temperatura e calore 71 4. La misura della temperatura 72 5. Le scale termometriche 72 lezione 2 Il calore 74 1. La misura del calore 75 2. Il calore specifico 75 3. La capacità termica 76 lezione 3 La propagazione del calore 78 1. Il calore si propaga 78 2. La propagazione del calore nei solidi 79 3. La propagazione del calore nei liquidi e negli aeriformi 79 4. La propagazione del calore nel vuoto 80 5. La dilatazione termica 80 lezione 4 I cambiamenti di stato della materia 82 1. Da uno stato all’altro 82 2. Il passaggio da solido a liquido 83 3. Il passaggio da liquido a solido 83 4. Il passaggio da liquido ad aeriforme 83 2 UNITÀ LEZIONI IN ANTEPRIMA Pic-nic nel parco Separare i miscugli Sale d’Italia I miscugli Gli stati d’aggregazione dell’acqua Lezioni in MP3 Test interattivi Listening 3 UNITÀ LEZIONI IN ANTEPRIMA Le scale termometriche Come funziona il calorimetro VIDEO Come si muovono le correnti convettive in una stanza? I passaggi di stato
MATERIA
INDICE 8 5. Il passaggio da vapore a liquido 84 6. Il passaggio da gas a liquido 84 7. Il passaggio da solido ad aeriforme e viceversa 84 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 86 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 89 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 91 CLIL THE SUN AND THE EARTH: ACTIVE SOURCES OF HEAT 93 COMPITO DI REALTÀ • BASKET O PALLAVOLO? 94 Lezioni in MP3 Test interattivi Listening LA CHIMICA DELLA MATERIA 98 lezione 1 L’atomo e la sua struttura 100 1. Le sostanze si possono trasformare 100 2. La struttura dell’atomo 101 3. Come si identificano gli atomi 102 4. Gli isotopi 102 5. Come si determina il peso di un atomo: la massa atomica 103 lezione 2 La tavola periodica degli elementi 104 1. Mettere in ordine gli elementi 104 2. Come è strutturata la tavola periodica 105 3. Gli elementi sono suddivisi in categorie 106 visual Esploriamo la tavola periodica 108 lezione 3 I legami chimici 110 1. La regola dell’ottetto 110 2. La formula chimica 110 3. Perché gli atomi si combinano tra loro 111 4. Il legame ionico 111 5. Il legame covalente 112 6. Il legame metallico 113 4 UNITÀ LEZIONI IN ANTEPRIMA La teoria atomica Fenomeni chimici e fisici a confronto Il Sistema Periodico degli elementi Due legami chimici Composti ionici in vetrina VIDEO Il legame metallico
La chimica intorno a noi 96
Parla lo scienziato Composti covalenti in vetrina
2 TEMA
I COMPOSTI CHIMICI
Scopriamo il pH di alcune sostanze
Il mondo dei composti organici
Dove lo butto? Lezioni in MP3
INDICE 9 lezione 4 Le reazioni chimiche 114 1. Le trasformazioni chimiche 114 2. Le leggi che regolano le reazioni chimiche 115 3. I tipi di reazioni chimiche 116 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 118 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 121 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 123 CLIL ELEMENTS IN THE HUMAN BODY 125 Reazione di sintesi Reazione di decomposizione dell’acqua Lezioni in MP3 Test interattivi Listening
126 lezione 1 Ossidi, anidridi e basi 128 1. L’ossidazione 128 2. Gli ossidi basici o ossidi 129 3. Gli ossidi acidi o anidridi 130 4. Le basi 131 lezione 2 Acidi e sali 132 1. Gli acidi 132 2. I sali 134 lezione 3 Soluzioni acide, basiche e neutre 136 1. Miscugli particolari: le soluzioni 137 2. La solubilità 137 3. L’acidità e la basicità delle soluzioni 138 4. Gli indicatori 139 lezione 4 I composti organici e le biomolecole 140 1. I composti del carbonio 140 2. Gli idrocarburi 141 3. Le biomolecole 142 4. Le classi dei composti organici 143 visual Il mondo dei composti organici 144 lezione 5 ECO La chimica quotidiana 146 1. C’è chimica intorno a noi! 146 2. Il vetro 147 3. L’alluminio 147 4. La carta 148 5. La plastica 148 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 150 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 153 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 155 CLIL EVERYDAY SALT: SODIUM CHLORIDE 157 COMPITO DI REALTÀ • 30 MARZO GIORNATA INTERNAZIONALE DEI RIFIUTI ZERO 158
ANTEPRIMA
5 UNITÀ LEZIONI IN
Test
Listening
interattivi
INDICE 10 IL MOTO DEI CORPI 162 lezione 1 Gli elementi che descrivono il moto 164 1. La relatività galileiana 164 2. Stato di quiete, stato di moto e sistema di riferimento 165 3. Le caratteristiche del moto 166 4. Applichiamo il metodo scientifico al moto 167 lezione 2 La velocità e il moto rettilineo 168 1. La velocità 168 2. Il moto rettilineo uniforme 169 3. Il moto vario 170 lezione 3 L’accelerazione e il moto accelerato 172 1. L’accelerazione 172 2. Il moto uniformemente accelerato 174 3. Il moto dei corpi in caduta libera 174 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 176 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 179 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 181 CLIL SUSTAINABLE TRANSPORTATION 183 LE FORZE 184 lezione 1 Che cos’è una forza 186 1. Le caratteristiche di una forza 186 2. Come si misurano le forze 187 3. La composizione delle forze 187 4. Tanti tipi di forze 189 lezione 2 I principi della dinamica 190 1. La dinamica 190 2. Il primo principio della dinamica 191 6 UNITÀ LEZIONI IN ANTEPRIMA Tutto si muove! I sistemi di riferimento inerziali Il moto rettilineo Lezioni in MP3 Test interattivi Listening 7 UNITÀ LEZIONI IN ANTEPRIMA Cronaca di una partita di calcio La costruzione del poligono funicolare Il principio di inerzia MATERIA Corpi in movimento 160 3 TEMA Parla la scienziata
INDICE 11 3. Il secondo principio della dinamica 191 4. Il terzo principio della dinamica 192 5. Forze e moti circolari 193 lezione 3 L’equilibrio dei corpi 194 1. La statica 194 2. Il baricentro 195 3. L’equilibrio di un corpo appoggiato e di un corpo sospeso 196 lezione 4 Macchine e leve 198 1. Le macchine semplici 198 2. La leva 200 3. I tre generi di leve 200 lezione 5 La pressione e le forze nei fluidi 202 1. La pressione 202 2. Il principio di Pascal 203 3. La pressione dei fluidi 203 4. La spinta idrostatica 204 5. La spinta aerostatica 205 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 206 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 209 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 211 CLIL WHEN DOES INERTIA BECOME DANGEROUS? 213 COMPITO DI REALTÀ • CACCIA ALLE BARRIERE ARCHITETTONICHE 214 MATERIA La fisica delle onde 216 L’ ENERGIA 218 lezione 1 Il lavoro e l’energia 220 1. Il lavoro 220 2. Lavoro ed energia 222 VIDEO Quali forze agiscono quando si va sullo skateboard? Lezioni in MP3 Test interattivi Listening 4 TEMA Parla lo scienziato 8 UNITÀ LEZIONI IN ANTEPRIMA Energie nell’Universo Le leve acqua energie rinnovabili idrogeno H ossigeno O
INDICE 12 lezione 2 Le trasformazioni dell’energia 224 1. Altre forme di energia 224 2. Il principio di conservazione dell’energia 225 3. Le macchine termiche 226 4. Potenza e rendimento di una macchina 226 CITTADINANZA ATTIVA L’energia nucleare 228 lezione 3 ECO Le fonti di energia 230 1. Energia, un problema da affrontare 230 2. Le fonti di energia non rinnovabili 230 3. Le fonti di energia rinnovabili 232 CITTADINANZA ATTIVA L’energia in casa 234 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 236 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 239 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 241 CLIL CLIMATE CHANGE, AN URGENT ISSUE 243 L’ ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO 244 lezione 1 I fenomeni elettrici 246 1. L’elettrizzazione per strofinio 246 2. L’elettricità statica 248 3. Conduttori e isolanti 248 lezione 2 La corrente elettrica 250 1. La differenza di potenziale 250 2. I generatori di corrente elettrica 251 3. I circuiti elettrici 251 4. La resistenza elettrica e le leggi di Ohm 252 visual Attento alla scossa 254 lezione 3 ECO Una casa ecosostenibile 256 1. Tecnologie per migliorare il Pianeta 256 2. Come è fatta l’etichetta energetica 257 3. L’evoluzione della lampadina 257 4. Il risparmio energetico 259 CITTADINANZA ATTIVA Le miniere urbane 260 lezione 4 I fenomeni magnetici 262 1. Magneti naturali e magneti artificiali 262 2. I poli magnetici 264 3. Il campo magnetico 264 lezione 5 L’elettromagnetismo 266 1. La corrente elettrica genera un campo magnetico 266 2. L’elettrocalamita 267 3. L’induzione elettromagnetica 268 Lezioni in MP3 Test interattivi Listening
LEZIONI IN ANTEPRIMA La corrente elettrica Chi consuma di più? La calamita terrestre Energie del futuro L’energia del vento VIDEO La macchina di Watt Elettrizzazione per contatto
9 UNITÀ
INDICE 13 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 270 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 273 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 275 CLIL MOTORWAYS OF THE FUTURE 277 IL SUONO E LA LUCE 278 lezione 1 Che cos’è il suono 280 1. Le sorgenti sonore 280 2. La propagazione del suono 281 3. Le onde sonore 281 4. Le caratteristiche di un’onda 282 lezione 2 Le caratteristiche dei suoni 284 1. Altezza, intensità e timbro dei suoni 284 2. La velocità del suono 286 3. La riflessione del suono 286 4. La risonanza 287 CITTADINANZA ATTIVA L’inquinamento acustico 288 lezione 3 Che cos’è la luce 290 1. L’energia luminosa 290 2. La propagazione rettilinea della luce 291 3. Sorgenti luminose e corpi illuminati 291 4. Ombra e penombra 292 lezione 4 Riflessione, diffusione e rifrazione della luce 294 1. La riflessione della luce 294 2. Gli specchi 295 3. La diffusione della luce 295 4. La rifrazione della luce 296 5. Le lenti 297 lezione 5 I colori 298 1. La luce bianca 298 2. La dispersione della luce 299 3. I colori degli oggetti 300 4. La composizione dei colori 301 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 302 FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 305 METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 307 CLIL EFFECTS OF RESONANCE 309 COMPITO DI REALTÀ • UNA CASA GREEN 310 Glossario 312 Lezioni in MP3 Test interattivi Listening 10 UNITÀ LEZIONI IN ANTEPRIMA Il campo di udibilità L’ecolocalizzazione dei pipistrelli Luce: onda o particelle? Fenomeni ottici L’esperimento di Newton I colori complementari Lezioni in MP3 Test interattivi Listening Le caratteristiche delle onde Lo spettro elettromagnetico
Burj Khalifa è il nome di un grattacielo che sorge a Dubai, negli Emirati Arabi. Sembra un gigantesco razzo pronto al decollo, ma non è la sua forma che lo rende speciale: con i suoi 828 m, questo grattacielo è l’edificio più elevato del mondo, con un significativo margine di vantaggio rispetto a qualsiasi altra costruzione umana. L’architettura moderna ha potuto raggiungere straordinari risultati grazie alla continua evoluzione della ricerca fisica, in particolare della fisica meccanica. Le origini della meccanica risalgono a quando gli esseri umani cominciarono a interessarsi ai fenomeni naturali e al movimento dei corpi. Anche se la semplice osservazione dei fenomeni non può essere considerata uno studio scientifico, fu proprio grazie all’osservazione del cielo che i nostri antenati divennero capaci di riferirsi al moto degli astri per orientarsi e spostarsi. Oggi la fisica meccanica è divisa in due grandi categorie: la meccanica classica, che si occupa dello studio del movimento dei corpi macroscopici, quelli che possiamo vedere e toccare, e la meccanica quantistica, che studia il comportamento della materia a livello degli atomi e delle particelle che li formano. La meccanica classica si divide a sua volta in cinematica, dinamica e statica. La fisica meccanica non ha applicazioni solo in ingegneria e architettura, ma in molti altri campi, dalla biomeccanica, alla geofisica, all’astronomia.
Parole per capire
Fisica meccanica
• Studia il moto e l’equilibrio dei corpi. La meccanica applicata alle macchine si occupa delle macchine dal punto di vista del movimento; la meccanica applicata alle costruzioni ha per oggetto lo studio delle strutture e degli edifici.
Cinematica
• È il settore della fisica meccanica che studia il moto dei corpi prescindendo dalle sue cause.
Dinamica
• È il settore della fisica meccanica che studia il moto dei corpi in relazione alle cause che lo determinano. La forza è alla base della dinamica: essa indica l’azione diretta o a distanza di un corpo su un altro.
Statica
• È il settore della fisica meccanica che studia l’equilibrio dei corpi, ovvero i casi in cui le forze che agiscono su di essi si bilanciano.
3
MATERIA TEMA Corpi in movimento
MARTA MAURI, researchmanager
Negli anni del liceo cresce la sua passione per la matematica e per la fisica e si iscrive alla facoltà di Fisica a Milano, dove si laurea nel 2019. Oggi lavora a Toronto come research manager presso una startup che si occupa di ricerca tecnologica nell’ambito dei computer quantistici. Collabora con un team di specialisti per studiare come sfruttare le proprietà quantistiche della materia in nuovi modelli di computer. Apprezza l’ambiente giovane e dinamico della sua azienda che le permette di crescere sia sul piano professionale sia su quello umano.
PIETRO CARRARA, dottorando in Fisica della materia
Dottorando a Milano, ha vissuto un periodo a Trieste per studiare le proprietà microscopiche della materia e sviluppare nuove tecnologie da applicare ai computer, agli smartphone e ai tablet. Per “guardare” dentro la materia utilizza sia la luce visibile sia i raggi X. Con questa tecnica ottiene informazioni molto importanti ma non tutte. Sfruttando raggi laser ultraveloci che consentono di “mettere in movimento” gli atomi della materia oggetto di studio, Pietro ne osserva l’evoluzione nel tempo, ottenendo importanti informazioni sul funzionamento della materia a livello microscopico he un’indagine senza atomi eccitati non avrebbe rivelato.
PAOLO MOGGIO, assistente alle vendite di strumentazione da laboratorio
Ha 33 anni e fin da bambino ha sognato di diventare il classico scienziato che nel suo laboratorio si circonda di ampolle e liquidi colorati. Questa sua passione l’ha spinto a diplomarsi al liceo scientifico con indirizzo biotecnologico e poi a laurearsi in Scienze chimiche. Dopo la laurea ha subito trovato lavoro nel settore che si occupa della vendita di strumenti da laboratorio usati per le analisi chimiche in ambito industriale e ambientale. Ritiene il suo lavoro molto stimolante perché gli permette di approfondire le sue conoscenze grazie alla continua evoluzione delle tecnologie.
161
IL MOTO DEI CORPI 6 UNITÀ LE FORZE 7 UNITÀ LE PROFESSIONI del tuo FUTURO!
PARLA
LA SCIENZIATA
LEZIONI ANTEPRIMA in 6 UNITÀ IL MOTO DEI CORPI 1 LEZIONE GLI ELEMENTI CHE DESCRIVONO IL MOTO 2 LEZIONE LA VELOCITÀ E IL MOTO RETTILINEO 3 LEZIONE L’ ACCELERAZIONE E IL MOTO ACCELERATO
MOBILITÀ SOSTENIBILE E STRADE “INTELLIGENTI”
Esistono alternative ecologiche all’uso delle automobili per muoversi in città?
Usare la bicicletta o il monopattino, servirsi dei mezzi pubblici, ma anche camminare, sono esempi di mobilità sostenibile, cioè l’insieme di tutti quei comportamenti che conciliano il bisogno di muoversi con la riduzione dell’inquinamento. La mobilità sostenibile nelle città ha molteplici scopi: ridurre il traffico, migliorare la qualità dell’aria, salvaguardare la salute dei cittadini, diminuire le emissioni di CO2 abbandonando progressivamente l’uso dei carburanti derivati dai combustibili fossili. Per raggiungere questi obiettivi è fondamentale integrare i diversi mezzi di trasporto pubblico, potenziare la rete delle piste ciclabili e promuovere il car sharing, che sta facendo gradualmente il suo ingresso nelle nostre città. Ma perché la mobilità sostenibile sia efficiente occorre che sia anche integrata a una rete di strade e autostrade sempre più connessa. In Italia l’ANAS (Azienda Nazionale Autonoma delle strade Statali) ha avviato il progetto Smartroad, che prevede la creazione di una piattaforma digitale che utilizzerà le tecnologie più avanzate per favorire la mobilità sostenibile, migliorare la sicurezza sulle strade e rendere più fluido il traffico.
Parole per capire
Car sharing • Il termine significa “auto condivisa”. Gli utenti possono prenotare con lo smartphone il noleggio di un veicolo e pagare per il tempo di utilizzo. Questo servizio può essere applicato anche ad altri mezzi di trasporto cittadino come scooter, biciclette e monopattini.
Combustibili fossili • Sono fonti energetiche che si sono formate in seguito alla decomposizione, in assenza di ossigeno, di resti di organismi animali e vegetali vissuti milioni di anni fa. Si trovano sotto forma di petrolio, carbone, gas naturale.
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BUONE NOTIZIE per il FUTURO!
MATERIA
1 LEZIONE GLI ELEMENTI CHE DESCRIVONO IL MOTO
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Tutto si muove!
1. Quando puoi dire che un corpo è in quiete? E quando è in movimento?
2. Da quale punto di osservazione puoi affermare che la Terra è in movimento?
3. Da che cosa dipende il movimento della nostra e delle altre galassie dell’Universo?
4. È possibile affermare che nulla di tutto ciò che riusciamo a osservare è fermo?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
SUGGERIMENTI DIDATTICI NEL LESSON PLAN
Corpi in movimento
1 Galileo Galilei è spesso rappresentato con il cannocchiale, lo strumento che gli ha permesso di fare numerose scoperte astronomiche.
5. Qual è la velocità di rotazione della Terra attorno al proprio asse?
6. Qual è la velocità di rotazione della Terra attorno al Sole?
1 LA RELATIVITÀ GALILEIANA
Lo scienziato Galileo Galilei 1 , oltre ad averci insegnato che il metodo scientifico è l’unico che può essere applicato nello studio di un fenomeno dal punto di vista scientifico, dedicò gran parte delle sue ricerche al movimento dei corpi. È stato, infatti, uno dei primi a intuire che un corpo è fermo o in movimento in relazione alla posizione di chi osserva il corpo stesso. Per dimostrare ciò, Galileo descrisse il seguente esperimento nel trattato Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo
Nella cabina di una nave si trovano una vasca d’acqua con dei pesci, degli insetti che volano e un catino che raccoglie l’acqua che gocciola da un recipiente bucato. La nave è ferma in porto e un uomo presente in cabina osserva quello che succede. Quando la nave si mette in movimento, l’uomo non osserva alcun cambiamento: i pesci continuano a nuotare nella vasca, gli insetti volano, l’acqua continua a gocciolare nel catino. Se la nave si muove senza scossoni e sempre alla stessa velocità l ’uomo, stando in cabina, non è in grado di distinguere se la nave si sta muovendo o è ferma. Tutto quello che sta dentro la cabina, anzi, dentro la nave, si muove alla stessa velocità della nave ed è soggetto alle stesse leggi fisiche di un sistema fermo: la nave è un sistema di riferimento inerziale
Il principio della relatività galileiana afferma infatti che le leggi della meccanica sono le stesse nei sistemi inerziali, cioè nei sistemi fermi o nei sistemi in movimento con velocità costante.
UNITÀ 6 IL MOTO DEI CORPI 164
2 STATO DI QUIETE, STATO DI MOTO E SISTEMA DI RIFERIMENTO
Siamo soliti stabilire se un corpo è fermo o in movimento prendendo come riferimento la nostra casa, la strada, la Terra o il Sole, eppure nessuno di essi è fermo. Tuttavia questo non è un problema: basta che sia chiaro qual è il punto di vista, cioè quale sistema di riferimento stiamo utilizzando per descrivere il moto del corpo che stiamo osservando.
Un corpo è in stato di quiete se non cambia la sua posizione rispetto al sistema di riferimento scelto.
Un corpo è in stato di moto se cambia la sua posizione rispetto al sistema di riferimento scelto.
Per esempio, quando viaggi in auto sei in quiete rispetto all’automobile, ma in movimento rispetto al paesaggio esterno. Se sei seduto al banco sei in quiete rispetto al paesaggio esterno, ma in movimento, insieme alla Terra, rispetto al Sole. Da questi esempi possiamo capire che la descrizione di un moto può cambiare a seconda del punto di vista, cioè a seconda del sistema di riferimento scelto 2
2 Questione di punti di vista.
Il bambino che è a bordo del treno è fermo rispetto al convoglio, ma è in movimento insieme al treno rispetto al paesaggio.
I passeggeri sono fermi rispetto alla banchina della stazione, mentre il treno è in movimento.
Nel linguaggio scientifico si dice che gli stati di quiete e di moto sono relativi, perché in relazione al sistema di riferimento. Di solito, quando descriviamo il moto di un corpo consideriamo come sistema di riferimento un sistema di riferimento inerziale, in particolare la Terra o un oggetto fissato sulla sua superficie.
Due treni che viaggiano su binari paralleli alla stessa velocità sono in moto rispetto all’esterno, ma i passeggeri a bordo hanno l’impressione di essere fermi.
MATERIA
GLI ELEMENTI CHE DESCRIVONO IL MOTO 165
I sistemi di riferimento inerziali
3 LE CARATTERISTICHE DEL MOTO
Il settore della fisica che studia le caratteristiche del moto di un corpoè la cinematica
Per descrivere un moto, una volta scelto il sistema di riferimento, sono indispensabili altri tre elementi: la traiettoria, lo spazio percorso e il tempo impiegato a percorrerlo.
La traiettoria di un corpo in moto è la linea costituita dalla successione delle posizioni che il corpo occupa nel suo moto. Essa rappresenta il percorso compiuto dal corpo.
Una traiettoria è rettilinea o curvilinea a seconda che il corpo si sposti lungo una linea retta o curva. Possiamo perciò distinguere diversi tipi di moto:
• il moto rettilineo, che avviene lungo una traiettoria costituita da una linea retta 3 ;
• il moto curvilineo, che può avvenire lungo una linea curva, per esempio lungo una circonferenza o una parabola: il moto circolare 4 a avviene lungo una traiettoria rappresentata da una circonferenza; il moto parabolico avviene lungo una traiettoria rappresentata da una parabola 4 b
4 Due esempi di moto curvilineo. a b
Il secondo elemento che occorre conoscere per descrivere il moto è lo spazio percorso dal corpo, cioè la lunghezza dello spostamento.
L’unità di misura della lunghezza è il metro (m).
Per misurare piccoli spostamenti si usano i sottomultipli del metro, come i centimetri (cm), mentre per le grandi distanze si utilizzano i multipli, di solito i kilometri (km).
Per completare la descrizione del moto di un corpo bisogna conoscere il tempo impiegato per compiere lo spostamento.
L’unità di misura del tempo è il secondo (s).
Anche la durata dello spostamento può essere misurata in multipli o sottomultipli del secondo. Per esempio, il tempo impiegato da un’auto per compiere un viaggio si misura in ore (h), la durata di un segnale elettrico si misura in microsecondi (µs).
3 Le scie lasciate dall’aereo in volo rendono visibile la sua traiettoria rettilinea. UNITÀ 6 LEZIONE 1
IL MOTO DEI CORPI 166
4 APPLICHIAMO IL METODO SCIENTIFICO AL MOTO
La descrizione del moto di un corpo è completa quando si conoscono le posizioni occupate dal corpo al variare del tempo.
Quando analizziamo un fenomeno con il metodo scientifico, dobbiamo raccogliere i dati delle nostre osservazioni. Nel caso del moto, i dati sono raccolti in tabelle orarie, quali per esempio gli orari dei treni e degli autobus 5 . Nelle tabelle orarie vengono riportate le posizioni occupate dal treno o dal bus nei diversi istanti di tempo. Per visualizzare il moto si riportano i dati della tabella oraria in un grafico orario, un diagramma cartesiano che ha il tempo sull’asse delle ordinate e lo spazio percorso sull’asse delle ascisse 6
5 Nelle colonne sono riportati gli orari di alcuni treni che partono dalla Stazione Centrale di Milano.
6 Dalla tabella al grafico.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Gli stati di quiete o moto sono relativi.
2. Una nave in navigazione è un sistema inerziale per le persone a bordo.
3. Un moto rettilineo può avere un solo verso.
4. L’unità di misura per lo spazio percorso è il kilometro.
VERSO LE COMPETENZE
Osserva l’immagine e completa le frasi inserendo i termini “quiete” e “movimento”.
1. Il treno rispetto all’auto è in
2. I passeggeri dell’auto rispetto all’auto sono in
3. Un passeggero seduto sul treno è in rispetto al passaggio a livello.
4. Un passeggero che cammina lungo il corridoio del treno è in rispetto all’auto.
9 8 7 6 MI Centrale MI Lambrate MI Rogoredo Lodi CodognoPiacenza tempo 7:33 7:48 8:04 8:15 7:27 7:20 Rexp R Rexp PAX R Rexp MilanoCentrale5:155:456:206:507:208:20 MilanoLambrate–5:536:27–7:278:27 MilanoRogoredo5:285:596:33–7:338:34 Lodi5:456:206:487:147:488:53 Codogno–6:387:04–8:049:04 Piacenza6:076:507:418:159:09
MATERIA
GLI ELEMENTI CHE DESCRIVONO IL MOTO 167
F V F V F V F V
LA VELOCITÀ E IL MOTO RETTILINEO
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Il moto rettilineo
1. Come è definito in fisica il moto “regolare” di un corpo?
2. Quale grandezza rappresenta il rapporto tra lo spazio percorso e il tempo impiegato a percorrerlo?
3. Che tipo di proporzionalità lega le grandezze spazio e tempo?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nel seguente punto.
4. Descrivi con le tue parole le caratteristiche del moto rettilineo uniforme utilizzando tutte le informazioni contenute nell’immagine.
1 LA VELOCITÀ
Sistema di riferimento, traiettoria, spazio percorso e tempo impiegato sono le informazioni necessarie per descrivere il moto di un corpo. Esiste una grandezza che visualizza in modo immediato quanto è lento o rapido il moto del corpo: è la velocità
La velocità v è il rapporto tra lo spazio s percorso e il tempo t impiegato a percorrerlo.
velocità = spazio percorso tempo impiegato v = s t
Consideriamo per esempio un autobus che, partito da una località alle 8 del mattino, ha percorso 240 km dopo 3 ore. A quale velocità ha viaggiato?
UNITÀ 6
IL MOTO DEI CORPI 168
2 LEZIONE
Per saperlo dobbiamo calcolare il rapporto tra lo spazio percorso e il tempo impiegato:
v = 240 km = 80 km/h
3 h
La velocità dell’autobus che ha impiegato 3 h a percorrere 240 km è stata pari a 80 km/h. Se lo spazio è misurato in kilometri (km) e il tempo in ore (h) la velocità si esprime in km/h. Se le unità di misura delle grandezze considerate sono rispettivamente metri (m) e secondi (s) la velocità si misura in m/s
Per passare da km/h a m/s, o viceversa, basta eseguire un semplice calcolo. È sufficiente ricordare che 1 km = 1000 m e che 1 h = 3600 s. Perciò:
1 km/h = 1000 m = 1 m/s
3600 s 3,6
Ciò significa che:
• per passare da m/s a km/h si deve moltiplicare il valore della velocità per 3,6;
• per passare da km/h a m/s si deve dividere il valore della velocità per 3,6 1
2 IL MOTO RETTILINEO UNIFORME
Durante il suo allenamento quotidiano, un ragazzo percorre una strada rettilinea mantenendo una velocità costante di 5 m/s. Possiamo dire che, in ogni secondo, il ragazzo percorre spazi uguali pari a 5 m e si muove di moto rettilineo uniforme 2 .
Un corpo si muove di moto rettilineo uniforme quando percorre una traiettoria rettilinea con velocità costante, cioè percorre spazi uguali in intervalli di tempo uguali.
Immagina un’automobile che si muove con moto rettilineo uniforme alla velocità di 100 km/h: in 1 ora percorrerà 100 km, in 2 ore 200 km, in 3 ore 300 km e così via. Per trovare lo spazio percorso, abbiamo moltiplicato la velocità per il tempo:
100 km/h 1 h = 100 km
100 km/h ⋅ 2 h = 200 km
100 km/h ⋅ 3 h = 300 km
Più in generale:
spazio = velocità ⋅ tempo s = v ⋅ t
1 Conversione di metri al secondo in kilometri all'ora e viceversa.
iplicare per 3,6 dividere per 3,6
2 Un esempio di moto rettilineo uniforme.
MATERIA
1 s 2 s 3 s 4 s 5 s 6 s 0 m 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m
LA VELOCITÀ E IL MOTO RETTILINEO 169
3 Grafico orario del moto rettilineo uniforme.
La relazione che lega spazio, tempo e velocità è detta legge oraria del moto rettilineo uniforme. Nel moto rettilineo uniforme, poiché la velocità è costante, esiste una relazione di proporzionalità diretta tra spazio percorso e tempo impiegato a percorrerlo. Le misure dello spazio e del tempo impiegato per percorrerlo ci forniscono informazioni sul moto di un corpo, ma se vogliamo conoscere più in dettaglio di che tipo di moto si tratta, possiamo ricorrere a un grafico tracciato sul piano cartesiano. La linea che otteniamo sulla carta ci dà immediatamente l’indicazione del tipo di moto.
Realizziamo il grafico orario del moto rettilineo uniforme.
Costruiamo una tabella con i valori relativi al moto rettilineo uniforme di un maratoneta che procede alla velocità di 1,4 m/s. Riportiamo i dati in un sistema di assi cartesiani: scriviamo sull’asse x i valori del tempo t e sull’asse y i valori dello spazio percorso s. Otteniamo il grafico orario del moto rettilineo uniforme: una semiretta che passa per l’origine degli assi. In termini matematici, ciò significa che nel moto rettilineo uniforme spazio e tempo sono due grandezze direttamente proporzionali 3 .
Utilizzando il grafico possiamo rispondere ad alcune domande sul moto del maratoneta senza eseguire calcoli. Quale distanza ha percorso dopo 3 secondi e mezzo? Per rispondere basta individuare il punto sull’asse x che corrisponde alla metà dello spazio tra i secondi 3 e 4 e leggere il valore corrispondente sull’asse y. La risposta è 4,9 m.
3 IL MOTO VARIO
Il moto rettilineo uniforme avviene solo per brevi intervalli di tempo, perché difficilmente un corpo in movimento può mantenere a lungo la stessa velocità. Succede anche a te, quando ti sposti in bicicletta: la velocità con cui procedi dipende dall’andamento della strada (se è rettilinea oppure con molte curve), dalla presenza di ostacoli, dai rallentamenti provocati da altri veicoli o dalle soste ai semafori.
Il moto di un corpo che non mantiene una velocità costante è detto moto vario.
4 Il tachimetro montato sul cruscotto delle auto permette di misurare la velocità istantanea.
Per descrivere un moto vario si può considerare la velocità registrata in ogni singolo istante, cioè la velocità istantanea, indicata con vi . La velocità istantanea cambia continuamente, è variabile 4 . Tuttavia nel moto vario è utile individuare la velocità media, indicata con vm , che si ottiene dividendo lo spazio totale percorso per il tempo totale impiegato a percorrerlo: vm = spazio totale = s tempo totale t
La formula per determinare la velocità media è la stessa che hai visto nel moto rettilineo, ma il significato è diverso. Infatti, immagina un’automobile che ha percorso 400 km alla velocità media di 100 km/h: impiega 4 ore per coprire il tragitto ma questo non significa che ha mantenuto la velocità costante di 100 km/h, perché può aver rallentato o accelerato in ogni istante.
Durante i Mondiali di atletica leggera di Berlino nel 2009, l’ex velocista giamaicano Usain Bolt stabilì il record mondiale sui 100 m piani correndoli in 9,58 s. Nella gara ha raggiunto una velocità massima di 44 km/h, ma ha vinto perché è riuscito a mantenere una velocità media di 41 km/h nei 50 m finali.
UNITÀ 6 LEZIONE 2
IL MOTO DEI CORPI 170 432 t (s) 5,6 6 5 4 3 2 1 4,2 2,8 10 1,4 s (m) t (s) s (m) 11,4 22,8 34,2 45,6
L’indicazione della velocità media, pertanto, non considera i cambiamenti di velocità lungo il percorso e non fornisce informazioni sulla velocità istantanea. Realizziamo il grafico orario del moto vario
La lunghezza dell’autostrada che collega Torino a Venezia è di circa 400 km. Mantenendo la velocità media di 100 km/h, un’auto impiega 4 ore per percorrere il tragitto, ma nella realtà la sua velocità può cambiare in ogni istante.
L’auto, per esempio, può percorrere 120 km nella prima ora, 100 km nella seconda, 80 km nella terza e altri 100 km nell’ultima ora; oppure 50 km nella prima ora, 100 km nella seconda, 200 km nella terza e 50 km nell’ultima ora.
Rappresentiamo mediante un grafico il movimento dell’auto, considerando le due possibilità che sono schematizzate nella tabella.
Possiamo osservare che l’inclinazione dei tratti di retta dipende dalla velocità in ciascun tratto 5
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Tachimetro
2 Velocità
3 Moto vario
4 Moto uniforme
1: 2: 3: 4:
VERSO LE COMPETENZE
a Moto di un corpo con velocità variabile. b Moto di un corpo con velocità costante.
c Rapporto tra spazio percorso e tempo impiegato a percorrerlo. d Strumento che misura la velocità istantanea.
Manuela è uscita di casa per fare una passeggiata. Il grafico rappresenta la sua posizione in funzione del tempo.
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Il grafico mostra che Manuela nel tratto 3 ha camminato più velocemente che nel tratto 1.
2. Il grafico mostra che Manuela nel tratto 5 è tornata indietro.
3. Il grafico mostra che Manuela nel tratto 1 e nel tratto 5 ha camminato alla stessa velocità.
4. In 70 minuti, comprese le soste, Manuela ha percorso 1400 metri.
tempo (h) 1234 ipotesi 1: spazio (km) 12010080100 ipotesi 2: spazio (km) 5010020050 4 ipotesi 1 ipotesi 2 3 2 t (h) 450 400 350 300 250 200 150 100 50 1 0 s (km) 5 Grafico orario del moto vario. MATERIA
LA VELOCITÀ E IL MOTO RETTILINEO 171
F V F V F V F V 1 2 3 4 5 t (min) 200 102030405060 0 s (m)
3 LEZIONE L’ ACCELERAZIONE
E IL MOTO ACCELERATO
LAB STEM PROVE DI CADUTA LIBERA
Cade a terra più rapidamente un foglio di cartoncino o un evidenziatore?
La risposta sembra scontata, ma se esegui, a casa o in classe, questo semplice esperimento nei tre diversi modi che ti proponiamo, scoprirai delle cose interessanti.
MATERIALI
• un foglio di cartoncino leggero
• un evidenziatore
• una bilancia da cucina
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO PROCEDIMENTO
Determina con la bilancia da cucina i pesi del foglio di cartoncino e dell’evidenziatore.
Prova 1
Tieni in una mano l’evidenziatore e nell’altra il foglio di cartoncino in posizione orizzontale. Lasciali cadere nello stesso istante da un’altezza di circa un metro. Osserva e annota quale dei due oggetti arriva per primo sul pavimento.
Prova 2
Tieni in una mano l’evidenziatore e nell’altra il foglio di cartoncino, ma questa volta in posizione verticale. Lasciali cadere nello stesso istante da un’altezza di circa un metro. Osserva e annota l’ordine di arrivo dei due oggetti sul pavimento.
Prova 3
Ripiega più volte il cartoncino, in modo da cambiarne la forma iniziale. Tieni in una mano l’evidenziatore e nell’altra il cartoncino ripiegato. Lasciali cadere nello stesso istante da un’altezza di circa un metro. Osserva e annota l’ordine di arrivo dei due oggetti sul pavimento.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. In che ordine gli oggetti raggiungono il pavimento nella prova 1? E nelle due prove successive?
2. Puoi affermare che gli oggetti cadono tutti alla stessa velocità?
3. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 L’ACCELERAZIONE
Quando lasci cadere un oggetto da una certa altezza, come hai fatto nell’esperimento appena proposto, ti accorgi che si muove lungo una traiettoria rettilinea diretta verso il basso aumentando progressivamente la sua velocità. In questo tipo di moto, chia-
UNITÀ 6 IL MOTO DEI CORPI 172
mato moto di caduta libera, il valore iniziale della velocità è uguale a zero (perché l’oggetto è fermo) e raggiunge il suo massimo valore quando l’oggetto arriva al suolo. La grandezza fisica che misura la rapidità con cui varia la velocità di un corpo nel tempo è l’accelerazione
L’accelerazione, a, misura la variazione della velocità in un certo intervallo di tempo.
accelerazione = variazione della velocità intervallo di tempo
Il moto è accelerato quando la velocità aumenta e l’accelerazione assume valori positivi. Il moto è decelerato quando la velocità diminuisce e l’accelerazione assume valori negativi 1 .
Se indichiamo con v1 la velocità iniziale, con v2 la velocità finale, con t1 il tempo iniziale e con t2 il tempo finale, l’accelerazione si esprime con il rapporto:
a = v2 – v1
t2 – t1
Più in generale, se indichiamo con v la differenza tra le due velocità e con t la differenza tra i valori dei tempi, otteniamo:
a = v t
Facciamo l’esempio di un ciclista che, durante una gara, aumenta la sua velocità da 10 m/s a 14 m/s in 2 secondi.
La velocità iniziale del ciclista (v1) è 10 m/s, mentre la velocità finale (v2) è 14 m/s; la variazione di velocità che avviene nell’intervallo di tempo (2 s) è pari a:
(14 – 10) m/s = 4 m/s
L’accelerazione a del ciclista risulta:
a = 4 m/s = 4 m ⋅ 1 = 2 m/s2
2 s s 2 s
In altre parole, il ciclista aumenta ogni secondo la sua velocità di 2 m/s 2
L’unità di misura dell’accelerazione è il m/s2 (si legge “metro al secondo quadrato”).
1 Accelerazione e decelerazione.
Accelerazione con valori positivi Velocità
Accelerazione con valori negativi Velocità
2 Moto accelerato.
MATERIA L’ACCELERAZIONE E IL MOTO ACCELERATO 173 = 14 m/s v v2 = 14 m/s v1 = 10 m/s v2 = 14 m/s v1 = 10 m/s v2 =
v1 = 10 m/s
Un moto con accelerazione costante.
2 IL MOTO UNIFORMEMENTE ACCELERATO
Osserviamo il moto di un’automobile dal momento della sua partenza 3 .
Da ferma, cioè con velocità iniziale v1 = 0, l’automobile raggiunge dopo 1 secondo la velocità v2 = 2 m/s, dopo 2 secondi la velocità v3 = 4 m/s, dopo 3 secondi la velocità v4 = 6 m/s, dopo 4 secondi la velocità v5 = 8 m/s, e così via.
L’automobile si muove con accelerazione costante, nell’intervallo di tempo considerato. Nell’intervallo tra 0 e 1 secondo, l’accelerazione è:
a = v2 – v1 = (2 – 0) m/s = 2 m/s2
t2 – t1 1 s
Nell’intervallo tra 1 e 2 secondi, l’accelerazione è:
a = v3 – v2 = (4 – 2) m/s = 2 m/s2
t2 – t1 1 s
e così per gli altri due successivi intervalli di tempo Tab. 1 a .
Un moto accelerato in cui l’accelerazione è costante in ogni istante si dice uniformemente accelerato
Calcoliamo gli spazi percorsi dall’automobile Tab. 1 b . Osserviamo che, quando il tempo raddoppia, lo spazio aumenta di quattro volte, quando triplica si incrementa di 9 volte e così via. Esiste quindi una relazione di proporzionalità tra lo spazio percorso e il quadrato del tempo impiegato.
3 IL MOTO DEI CORPI IN CADUTA LIBERA
Ora che sai che cos’è l’accelerazione, quali sono le formule che la descrivono e conosci le caratteristiche del moto uniformemente accelerato, puoi comprendere meglio il moto dei corpi in caduta libera. Osservare nel dettaglio, a occhio nudo, il moto di un corpo che cade è un’impresa impossibile: la velocità di caduta impedisce al nostro occhio di osservare le diverse posizioni assunte dal corpo lungo la sua traiettoria. Esiste però una particolare tecnica fotografica, detta stroboscopica, che scatta immagini ripetute di un oggetto o di un fenomeno a intervalli di tempo costanti. Grazie a questa tecnica è stato possibile scattare la fotografia di una pallina in caduta libera. Come puoi osservare, lo spazio percorso dalla pallina tra uno scatto e l’altro aumenta secondo dopo secondo: la velocità di caduta cresce di un valore costante di circa 9,8 m/s2
Questa accelerazione è chiamata accelerazione di gravità g ≈ 9,8 m/s2.
Il moto di un corpo in caduta libera è un moto uniformemente accelerato.
3
UNITÀ 6 LEZIONE 3 IL MOTO DEI CORPI 174
t (s) v (m/s) a (m/s2) 122 242 362 482 t (s) v (m/s) s (m) 122 248 3618 4832 t = 0 v1 = 0 t = 1 s v2 = 2 m/s t = 2 s v3 = 4 m/s t = 3 s v4 = 6 m/s t = 4 s v5 = 8 m/s t = 0 v1 = 0 t = 1 s v2 = 2 m/s t = 2 s v3 = 4 m/s t = 3 s v4 = 6 m/s t = 4 s v5 = 8 m/s
Tab. 1 b
Tab. 1 a
Per calcolare lo spazio percorso da un corpo in caduta libera si utilizza la formula:
s = 1 g ⋅ t2 2
La legge oraria per qualsiasi moto uniformemente accelerato è:
s = 1 a ⋅ t 2 2
Studiamo la relazione tra spazio e tempo per i corpi in caduta libera riferendoci, come esempio, all’immagine stroboscopica della pallina 4
Utilizzando la formula sopra, calcoliamo lo spazio percorso a ogni intervallo di un decimo di secondo (0,1 s è il tempo tra uno scatto e l’altro della macchina fotografica) e riportiamo i dati ottenuti in una tabella.
4 Fotografia stroboscopica e grafico orario del moto di una pallina in caduta libera.
Calcoliamo l’accelerazione per ogni intervallo di tempo.
s / t 2)
0-0,14,92·4,9:(0,1)2=980cm/2
0,1-0,219,62·19,6:(0,2)2=980cm/s2
0,2-0,344,12·44,1:(0,3)2=980cm/s2
0,3-0,478,42·78,4:(0,4)2=980cm/s2
Come possiamo vedere l’accelerazione è costante e vale 980 cm/s2 (cioè 9,8 m/s2). Il moto, quindi, è uniformemente accelerato e il suo grafico orario è una parabola, come puoi verificare riportando nel piano cartesiano i valori della relazione spazio-tempo della prima tabella.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Se in un moto l’accelerazione è costante la velocità varia continuamente.
2. Se al kilometro 2 e al kilometro 3 di un percorso la velocità è la stessa possiamo dire che in quel tratto il moto è avvenuto senza accelerazione.
3. Se in due istanti differenti la velocità di un corpo è la stessa in quell’intervallo di tempo l’accelerazione è nulla.
4. Se la velocità di un corpo diminuisce in modo costante a ogni secondo il moto è uniformemente decelerato.
F V F V F V F V
L’ACCELERAZIONE E IL MOTO ACCELERATO 175
MATERIA
tempo (s) spazio (cm) spazio totale (cm) 0-0,14,94,9 0,1-0,214,719,6 0,2-0,324,544,1 0,3-0,434,378,4
tempo (s) spazio
accelerazione
(cm)
(2
0,6 0,4 t (s) 80 70 60 50 40 30 20 10 0,2 0,5 0,3 0,1 0 s (cm)
CON LA MAPPA
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti. caduta libera - rettilineo uniforme - riferimento inerziale - tempo impiegato - traiettoria - vario
1. IL MOTO DI UN CORPO
è caratterizzato da si può definire come un
2.
3.
4. spazio percorso
5.
6.
7. accelerato odecelerato
8. uniformemente accelerato
quando la velocità non è costante
può essere rispetto a un
9. cambiamento di posizione
come è il moto di un corpo in
11.
10.
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Linea costituita dalle successive posizioni occupate dal corpo nel suo moto.
b. Distanza tra il punto di partenza e il punto di arrivo.
c. Moto caratterizzato da accelerazione costante.
d. Moto caratterizzato da traiettoria rettilinea e velocità costante.
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI UNITÀ 6 IL MOTO DEI CORPI 176
CON LA SINTESI
1 LEZIONE GLI ELEMENTI CHE DESCRIVONO IL MOTO
Per stabilire se un corpo è fermo o in movimento occorre scegliere un sistema di riferimento. Per il principio della relatività galileiana i sistemi di riferimento da considerare sono i sistemi inerziali, cioè fermi o in movimento con velocità costante. Un corpo è in quiete se non cambia posizione rispetto al sistema di riferimento fissato; in moto se la sua posizione cambia. Gli elementi che descrivono il moto sono: la traiettoria, cioè la linea formata dalle successive posizioni occupate dal corpo durante il suo movimento. Può essere rettilinea, circolare, parabolica; lo spazio percorso, cioè la distanza dal punto di partenza a quello di arrivo; si misura con il metro o con i suoi multipli e sottomultipli; il tempo impiegato dalla partenza all’arrivo, che si misura in multipli o sottomultipli del secondo.
2 LEZIONE LA VELOCITÀ E IL MOTO RETTILINEO
La velocità è il rapporto tra lo spazio percorso e il tempo impiegato a percorrerlo. Si misura in metri al secondo (m/s)o kilometri orari (km/h).
Per trasformare i m/s in km/h si moltiplica per 3,6; per passare da km/h a m/s si divide per 3,6. Un corpo si muove di moto rettilineo uniforme quando percorre una traiettoria rettilinea con velocità costante, cioè percorre spazi uguali in tempi uguali. La legge oraria di questo moto è:
s = v ⋅ t
Nel moto rettilineo uniforme esiste una proporzionalità diretta tra spazio percorso e tempo che è rappresentata da una retta in un grafico cartesiano.
Se un corpo non mantiene una velocità costante si parla di moto vario.
Per descriverne le caratteristiche si considera la velocità istantanea vi La velocità istantanea cambia continuamente, quindi è utile riferirsi alla velocità media, vm. In un grafico cartesiano l’inclinazione della retta dipende dalla velocità di ciascun tratto. È possibile rilevare la velocità istantanea con un apposito strumento, il tachimetro
Lezioni in MP3 RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI 177
MATERIA
3 LEZIONE L’ACCELERAZIONE E IL MOTO ACCELERATO
L’accelerazione misura la variazione di velocità in un intervallo di tempo. Se la velocità aumenta l’accelerazione assume valori positivi e si parla di moto accelerato; se la velocità diminuisce l’accelerazione assume valori negativi e si parla di moto decelerato. L’accelerazione si misura in m/s2.
Un moto uniformemente accelerato è un moto con accelerazione costante.
La legge oraria di un moto uniformemente accelerato è:
s = 1 2 at2
Tra i moti uniformemente accelerati particolarmente importante è il moto in caduta libera, cioè il movimento degli oggetti che cadono a terra per effetto della forza di gravità.
La legge oraria del moto di caduta libera è:
s = 1 2 gt2
dove g indica il valore dell’accelerazione di gravità che vale circa 9,8 m/s2.
Il grafico spazio-tempo di un moto in caduta libera è una parabola.
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI UNITÀ 6 IL MOTO DEI CORPI 178
1 LEZIONE GLI ELEMENTI
CHE DESCRIVONO IL MOTO
1 Scegli la soluzione corretta.
a. Un corpo è in stato di quiete quando:
1 ha accelerazione nulla.
2 ha velocità costante.
3 mantiene una traiettoria rettilinea.
4 non cambia posizione rispetto a un opportuno sistema di riferimento.
b. La traiettoria è:
1 la linea del movimento.
2 il grafico del movimento.
3 l’insieme delle posizioni occupate dal corpo in movimento.
4 la direzione del movimento.
c. Una traiettoria curvilinea:
1 2 3 4 è sempre circolare. e sempre aperta. è sempre chiusa. può essere aperta o chiusa.
2 Segna con una crocetta se vero (V) ofalso (F).
a. Un sistema di riferimento inerziale è fermo o in moto con velocità costante.
b. Nello studio di un movimento il tempo si misura solo in ore.
c. Quando vai in bicicletta sei in quiete rispetto alla bicicletta.
d. Lo spazio percorso da un’auto su un circuito si misura in metri.
3 Completa le frasi con i termini corretti.
a. La studia i corpi in movimento.
b. Un corpo in quiete rispetto a un sistema di riferimento può essere in rispetto a un altro sistema.
c. Un segnale stradale è un punto di riferimento .
d. Una tabella riporta le posizioni del corpo in movimento nei vari istanti.
4 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni termine il numero corrispondente.
a. Traiettoria rettilinea
b. Traiettoria curvilinea
c. Traiettoria circolare
d. Traiettoria parabolica
2 LEZIONE LA VELOCITÀ E IL MOTO RETTILINEO
5 Scegli la soluzione corretta.
a. Un corpo si muove di moto rettilineo uniforme quando:
1 percorre una traiettoria rettilinea con accelerazione costante.
2 si nuove con velocità costante lungo una qualunque traiettoria.
3 percorre una traiettoria rettilinea con velocità che aumenta in modo costante.
4 percorre una traiettoria rettilinea mantenendo in ogni punto la stessa velocità.
b. La formulazione corretta della legge oraria del moto rettilineo uniforme è:
1 v = t/s
2 s = vt
3 t = sv
4 v = st
6 Segna con una crocetta se vero (V) ofalso (F).
a. 10 m/s = 36 km/h
b. 60 km/h = 6 km/s
c. 72 km/h = 20 m/s
d. 50 km/h = 5 m/s
Test interattivi FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI 179
F V F V F V F V
1 2 3 4 F V F V F V F V MATERIA
7 Scegli la soluzione errata.
Un corpo si muove di moto rettilineo uniforme alla velocità di 108 km/h.
1 2
3 4 Ha una velocità di 30 m/s.
Dopo mezz’ora ha percorso 54 km.
Dopo 5 secondi ha percorso 1,5 km.
Impiega un’ora e mezza per percorrere 162 km.
8 Osserva il disegno e completalo con i valori di tempo e spazio mancanti.
3 LEZIONE L’ACCELERAZIONE E IL MOTO ACCELERATO
9 Completa le frasi con i termini corretti.
a. Un moto si dice uniformemente quando la sua aumenta della stessa quantità in uno stesso intervallo di .
b. Se un corpo ha accelerazione si muove di moto uniforme oppure è in stato di .
10 Segna con una crocetta se vero (V) ofalso (F).
a. La velocità media di un corpo in caduta libera è la metà della velocità finale.
b. Se un vaso di fiori arriva a terra in 1 secondo significa che è caduto da 4,9 m.
c. Il valore dell’accelerazione di gravità sulla Terra dipende dal peso del corpo che si considera.
d. Lo spazio percorso da un corpo in caduta libera si ottiene moltiplicando gravità per tempo.
11 Scegli la soluzione corretta.
Quale tra i seguenti è il grafico del moto di caduta libera?
12 Segna con una crocetta se vero (V) ofalso (F).
a. Tutti i pedoni sono in movimento.
b. Il pedone 1 è fermo, il pedone 4 in movimento.
c. L’auto 3 si muove di moto accelerato.
d. L’auto 2 è ferma.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI UNITÀ 6 IL MOTO DEI CORPI 180
F V F V F V F V
s t 0 s t 0 s t 0 s t 0 1 3 2 4
F V F V F V F V 3 1 2 4 0 s1 s
m20 m 3 s4 s 0 s1 s 3 s 4 s
m20 m a b c d
10
10
APPLICARE CONOSCENZE
1 Risolvi i problemi.
. Un’auto percorre 441 km in 4 h 22 min 30 s. Qual è la sua velocità media?
. La luce viaggia alla velocità di 300 000 km/ s.Sapendo che un raggio solare raggiunge la Terra in 8 minuti e 20 secondi, qual è la distanza Sole-Terra.
. La velocità del suono nell’aria è di 340 m/s. Durante un temporale Lucia vede un fulmine scaricarsi a terra e sente il tuono dopo 4 secondi. A quale distanza si trova dal punto di impatto del fulmine?
. Due treni sono partiti contemporaneamente da due stazioni distanti tra loro 480 km e viaggiano uno verso l’altro a 120 km/h il primo e 80 km/h il secondo. Dopo un’ora quale distanza li separa?
. Una bicicletta raggiunge i 54 km/h in 5 secondi con un’accelerazione di 1 m/s2. Calcola la velocità iniziale.
. Un oggetto cade da un’altezza di 236 m. Dopo quanto tempo arriva al suolo? A quale velocità?
. Alessandro, Bianca, Carlo e Daniela abitanoin diversi punti della città e devonoraggiungere tutti la stazione per prendere il treno delle 17:05 per Torino. Alessandro esce di casa alle 16:20 e impiega 41 minuti; Bianca esce alle 16:29 e arrivaalla stazione in 29 minuti; a Carlo occorrono32 minuti ed esce alle 16:36; Daniela lascia lasua casa alle 16:12 e impiega 51 minuti. Chi di loro non riuscirà a prendere il treno?
1 Alessandro.
2 Carlo.
3 Bianca.
4 Daniela.
TRARRE
2 Osserva il grafico e rispondi.
Il grafico rappresenta il moto di due corpi. Il tempo è misurato in secondi, lo spazio in metri.
a. Osservando il grafico che tipo di moto è quello di ciascun corpo?
b. Quali sono le velocità dei due corpi nel momento in cui siincontrano?
c. Quale distanza li separava alla partenza?
d. In quale istante si incontrano i due corpi?
e. Come si ricava questa informazione dal grafico?
f. Qual è lo spazio percorso rispettivamente dai due corpi prima diincontrarsi? 678910
METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 181
INFORMAZIONI DA UN GRAFICO E FORMULARE IPOTESI
t
50
30 20 10 2 5 3 1 0 –1–2 s 90 100 MATERIA
4
80 70 60
40
INTERPRETARE TABELLE E COSTRUIRE GRAFICI
3 Un corridore, un ciclista e un automobilista partono contemporaneamente e percorrono una strada rettilinea con velocità costante. Le tabelle orarie del loro moto sono le seguenti:
TRARRE INFORMAZIONI DA UN TESTO E FORMULARE IPOTESI
5 Leggi il brano.
DUE O QUATTRO?
Un ghepardo che corre al massimo della sua velocità può raggiungere, e superare con facilità, i 100 km/h. Un uomo non riuscirà mai a superare i 45 km/h, nonostante tutti i suoi sforzi. Come mai questa differenza? Uno studio dell’università di Stoccarda ha rilevato che gli animali quadrupedi sono più veloci di quelli bipedi.
. Rappresenta su uno stesso grafico i tre moti.
. Che cosa rappresenta l’inclinazione della
SPIEGARE I FENOMENI
4 Osserva l’immagine e rispondi alle domande.
a. Quale fenomeno è illustrato?
b. Di quale tipo di moto si muovono gli oggetti?
La disciplina di cui si occupa Michael Günther, il primo autore dello studio, si chiama allometria, e studia il rapporto tra le dimensioni del corpo di un animale e la sua forma. Per esempio un topo grosso come un elefante non potrebbe esistere, perché avrebbe ossa troppo sottili e collasserebbe sotto il suo stesso peso. Lo scienziato, insieme a un team di ricercatori, ha quindi provato a mettere in relazione le dimensioni del corpo di diversi animali di terra che corrono con la loro forma e soprattutto con la loro velocità, e a capire quali caratteristiche ne limitano la rapidità, e quali strutture al contrario sono necessarie per correre più rapidamente. Incrociando tutti i dati relativi alle specie analizzate, i ricercatori hanno creato un modello teorico che descrive il modo in cui il corpo di un animale deve cambiare forma man mano che cresce per continuare a mantenere alta la velocità della sua corsa.
(Tratto da focus.it)
Rispondi alle domande e svolgi le attività proposte, da solo o in gruppo con i tuoi compagni.
a. Quali sono le velocità massime raggiunte rispettivamente dall’uomo e da un ghepardo?
b. A quali conclusioni sono giunti i ricercatori dell’università di Stoccarda?
c. Come si chiama la disciplina di cui si occupa il dottor Günther? Che cosa studia?
d. Formula un’ipotesi che spieghi la ragione per cui i quadrupedi sono più veloci dei bipedi.
DIGITAL SKILLS
Ricerca in rete quali sono gli animali terrestri più veloci e stila una classifica.
METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE UNITÀ 6 IL MOTO DEI CORPI 182
t (h) s (km) 110 220 330 440 550 t (h) s (km) 140 280 3120 4 160 5 200 t (h) s (km) 1 100 2 200 3 300 4 400 5 500 CORRIDORE CICLISTA AUTOMOBILISTA
SUSTAINABLE TRANSPORTATION
One of the most relevant impacts associated with transportation in tourist destinations is related to greenhouse gas emissions. It is estimated that the tourism industry is directly responsible for approximately 8% of the total volume of CO2 emissions.
Although all means of transportation require energy, some are more efficient and cleaner than others. Sustainable transportation consists of green and eco-friendly forms of vehicular travel to minimise damage to the environment. In general, planes and cars tend to be the most used means of transport, but they are also the least efficient means of transportation. When going on holiday to destinations that are close to home, travelling by train or bus is the best way to cut emissions. Once at the destination, taking the bus, travelling by rail, or cycling around town is better than renting a car.
How can you reduce your environmental impact during air-travel?
1. Avoid flying to nearby destinations
2. Book non-stop flights: they require less fuel than itineraries with multiple stops
3. Fly economy
COMPREHENSION EXERCISES
1.Read the text and answer the questions.
. What are the most used means of transportation?
. What are the best ways to get around the holiday destination?
. How can the environmental impact of air-travel be reduced?
2. Think
To get from Milan to Rome by high-speed train it takes 3 hours and 8 minutes, and the stations are centrally located in the two cities. By plane it takes 1 hour and 20 minutes, to which, however, you must add the time for check-in and boarding, the time to reach the airport and the time it takes to get from the airport of arrival to the city centre.
a. Compare the two travel possibilities. Which one allows you to reach the capital faster?
b. Which travel option has a lower environmental impact?
METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE 183 Listening
Trenino del Bernina.
CLIL MATERIA CLIL
