SCIENZE m a teria
Educazione
Gruppo
Il piacere di apprendere
Fabio Calvino
Rita Poletti
Marinella Torri
Il viaggio di Darwin STORYTELLING
Science Reel di Marco Martinelli Metodo IBSE
Costruire il futuro insieme
Il Gruppo Editoriale ELi
offre proposte editoriali che coprono tutti i gradi e i rami scolastici, all’insegna della qualità, del rigore e dell’innovazione.
INTELLIGENZA
ARTIFICIALE
Percorsi didattici con attività pratiche che mirano ad approfondire i principali strumenti di IA generativa per favorirne un utilizzo critico e il tool VELIA a disposizione dei docenti per personalizzare l’attività didattica.
EQUILIBRI
Progetto di ricerca costante che mira a eliminare gli stereotipi di genere nei testi scolastici ponendo particolare attenzione alla scelta dei contenuti, a una valutazione iconografica ragionata e all’utilizzo di un linguaggio testuale inclusivo.
INCLUSIONE
Sviluppo di una cultura dell’inclusione attraverso contenuti accessibili e adeguati ai diversi stili di apprendimento.
ORIENTAMENTO
Approccio educativo e formativo volto a favorire la conoscenza di sé, delle proprie attitudini e delle proprie capacità, oltre a sviluppare le competenze non cognitive e trasversali necessarie per le scelte del futuro.
EDUCAZIONE
CIVICA secondo le NUOVE Linee guida
Aggiornamento e ampliamento dei nuclei tematici attorno ai quali si articolano le competenze e gli obiettivi di apprendimento: Costituzione, Sviluppo economico e sostenibilità, Cittadinanza digitale
STEM/STEAM, CLIL
Attivazione del pensiero scientifico e computazionale, approccio interdisciplinare e laboratoriale, sviluppo della competenza multilinguistica, attraverso attività STEM, STEAM e CLIL.
DIGITALE
Acquisizione delle competenze digitali e dell’alfabetizzazione informatica come aiuto all’inclusione sociale e alla cittadinanza attiva.
EDUCAZIONE ALLE RELAZIONI
Percorsi incentrati sullo sviluppo di competenze relazionali che arricchiscono la consapevolezza del vissuto personale in relazione con la realtà circostante.
Gruppo Editoriale
Gruppo Editoriale
ELi
ELi
SCIENZE
COME È FATTO IL TUO LIBRO?
IBRIDAZIONE TECNOLOGICA, METODO SCIENTIFICO E DIDATTICA LABORATORIALE
le caratteristiche dei suoni
1. Quali sono le caratteristiche dei suoni percettibili?
2. Che cosa sono gli infrasuoni?
3. Che cosa sono gli ultrasuoni?
4. In quali settori sono utilizzati gli infrasuoni e gli ultrasuoni?
CARTA, PENNA E COMPUTER è la rubrica che collega libro e risorse digitali, come previsto dalle Indicazioni Nazionali 2025. Attraverso video e attività guidate avrai la possibilità di osservare, riflettere e rispondere a domande, sviluppando un apprendimento attivo e multimediale, costruendo un ponte tra contenuti cartacei e strumenti digitali.
Soluzioni acide, basiche e neutre lezione 3
Per verificare l’acidità o la basicità di una sostanza o di
1 L’altezza dei suoni.
1 Altezza, intensità e timbro dei suoni
I suoni possono essere distinti tra loro in base a tre caratteristiche dell’onda sonora: altezza, intensità e timbro.
L’altezza distingue i suoni acuti (o alti) da quelli gravi (o bassi). Un esempio di suono acuto è quello emesso da un bicchiere vuoto percosso con un oggetto metallico, mentre il suono è grave se emesso dallo stesso bicchiere pieno d’acqua.
L’altezza di un suono dipende dalla frequenza dell’onda sonora: maggiore è la frequenza, più acuto è il suono; minore è la frequenza, più grave è il suono.
Lab STEM, STEAM e Lab Tinkering: esperimenti, costruzioni e sfide scientifiche che coinvolgono attivamente la classe. Con materiali comuni e procedure guidate, esplorerai i fenomeni in modo concreto, stimolando curiosità, collaborazione e spirito di osservazione. La manualità e la sperimentazione diventano il punto di partenza per comprendere la scienza.
Un corpo che vibra ad alta frequenza, come un fischietto, emette suoni alti 1 a
Un corpo che vibra a bassa frequenza, come un tamburo, emette suoni bassi 1 b
a
P.O.P. - PICCOLE OCCASIONI PER PENSARE
Curiosità sorprendenti e fatti incredibili, per far dire davvero “WOW!” a chi studia.
WOW CHE SCIENZA! presenta curiosità, aneddoti e scoperte sorprendenti che mostrano il lato più affascinante della scienza, stimolando meraviglia e spirito di scoperta. Si accompagna a contenuti multimediali ed esperimenti in collaborazione con Marco Martinelli, divulgatore apprezzato per il suo linguaggio chiaro e coinvolgente.
EDUCAZIONE CIVICA
Cittadinanza scientifica e sostenibilità attraversano l’intero corso, nelle lezioni e negli approfondimenti visual. Esempi reali e buone pratiche sviluppano comportamenti responsabili verso ambiente, comunità e salute, promuovendo consapevolezza e cittadinanza attiva. Clima, energia e salute diventano pilastri del curricolo, con attenzione al pensiero critico
• foglie di cavolo rosso
• mortaio e pestello
• alcol a 95°
• carta da filtro
• garze • una ciotola
degli strumenti appositi, ma in natura puoi trovare sostanze timamente come indicatori.
Per esempio, avrai notato che il tè schiarisce quando aggiungi comporta come un indicatore naturale di acidità. Prova ora indicatore a base di foglie di cavolo rosso.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
• un barattolo con coperchio
• forbici
• un cucchiaino di limone, uno di acqua e uno di sapone liquido
PROCEDIMENTO
Perché molti frutti e verdure diventano neri dopo averli affettati?
1. Nel mortaio pesta le foglie di cavolo rosso.
Il colore scuro che appare sulla superficie tagliata di mele, banane, funghi e melanzane è provocato dagli enzimi che contengono. Gli enzimi sono sostanze organiche che cedono elettroni all’ossigeno presente nell’atmosfera, favorendo la formazione di ossidi scuri nella polpa esposta all’aria. Questo è il motivo per cui la superficie delle fette non esposta mantiene un colore più chiaro. Per evitare questo inconveniente si può spremere sulle fette del succo di limone che agisce come antiossidante e impedisce agli enzimi di legarsi con l’ossigeno.
2. Aggiungi un po’ di alcol e continua a pestare fino a ottenere
3. Filtra la poltiglia con la garza e raccogli il liquido nella ciotola.
4. Immergi la carta da filtro nella ciotola e fai assorbire il liquido.
5. Fai asciugare la carta su una superficie piana.
6. Tagliala a striscioline e inseriscile nel barattolo.
7. Prova a immergere tre striscioline rispettivamente nel succo qua e nel sapone liquido.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Che cosa osservi quando immergi le striscioline nei tre diversi
2. Fai un’ipotesi sul motivo di questo comportamento.
3. Scrivi la relazione dell’esperimento.
Soluzioni acide,
EDUCAZIONE CIVICA
Guarda il video e scrivi
risposte sul quaderno.
La puna
STORYTELLING
IL VIAGGIO DI DARWIN: per ogni tappa, il diario di un marinaio del Beagle e un estratto del diario originale di Darwin offrono una doppia prospettiva sul mondo naturale. Sarai poi tu protagonista, raccontando la tua esperienza, immaginando di essere anche tu a bordo della nave. Il percorso integra risorse digitali e il supporto dell’Intelligenza Artificiale per approfondire i temi trattati.
PODCAST RACCONTO GENIALE: scienziati e scienziate che hanno fatto la storia raccontano in prima persona episodi di vita, difficoltà, intuizioni e momenti inattesi, mostrando che ogni genio è prima di tutto una persona con passioni e curiosità
PERCORSI INTERDISCIPLINARI alla fine di ogni tema, in linea con le Indicazioni Nazionali 2025. Una mappa concettuale collega l’argomento centrale ad altre discipline (geografia, tecnologia, storia, educazione civica che sono approfondite con testi, esempi e domande. Favoriscono un apprendimento integrato, mostrando la scienza come parte di un sapere connesso.
PARLA LA SCIENZA: scienziati e scienziate di oggi raccontano il loro percorso di studi, le scelte professionali e il lavoro quotidiano, mostrando la varietà delle carriere scientifiche e offrendo spunti per l’orientamento
SKILL BOOK
Insieme ai volumi del corso trovi lo SKILL BOOK, una raccolta di schede con tantissime attività: laboratori compiti di realtà debate e di estetica della natura informatica e intelligenza artificiale
MATERIA
e il suo
Parla la scienza
La struttura della materia
1
materia e le sue caratteristiche
1. La materia forma tutto quello che ci circonda
2. La materia possiede proprietà fisiche e chimiche
3. La materia si presenta in diverse forme chiamate sostanze
lezione 2 La composizione della materia
1. La materia è formata da atomi
2. Dagli atomi alle molecole
3. Le sostanze possono essere semplici o composte
4. I miscugli
Separare i miscugli
3 Gli stati fisici della materia
1. Solidi, liquidi e aeriformi
2. Le proprietà dei solidi
3. Le proprietà dei liquidi e degli aeriformi
4. Lo stato di plasma
unità 3
La temperatura e il calore
temperatura
1. La temperatura e l’agitazione termica
Il calore è una forma di energia
3. Relazioni fra temperatura e calore
4. La misura della temperatura
5. Le scale termometriche
lezione 3 La propagazione del calore
1. Il calore si propaga
2. La propagazione del calore nei solidi 83
3. La propagazione del calore nei liquidi e negli aeriformi 83
4. La propagazione del calore nel vuoto 84
5. La dilatazione termica 84
lezione 4 I cambiamenti di stato della materia 86
1. Da uno stato all’altro 86 unità 2
LEZIONI IN POWERPOINT
Pic-nic nel parco
Separare i miscugli
Sale d’Italia I miscugli
Gli stati d’aggregazione dell’acqua
Lezioni in Podcast
Test interattivi
Listening
LEZIONI IN POWERPOINT
Science REEL
Le scale termometriche
Come funziona il calorimetro
Come si muovono le correnti convettive in una stanza? I passaggi di stato
2. Il passaggio da solido a liquido
3. Il passaggio da liquido a solido
4. Il passaggio da liquido ad aeriforme
5. Il passaggio da vapore a liquido 88
6. Il passaggio da gas a liquido 88
7. Il passaggio da solido ad aeriforme e viceversa 88
unità 4
TEMA 2
LA CHIMICA
La chimica della materia
lezione 1 L’atomo e la sua struttura
1. Le sostanze si possono trasformare
2. La struttura dell’atomo
3. Come si identificano gli atomi
4. Gli isotopi
MATERIA
Parla la scienza
LEZIONI IN POWERPOINT
5. Come si determina il peso di un atomo: la massa atomica
lezione 2 La tavola periodica degli elementi
1. Mettere in ordine gli elementi
2. Come è strutturata la tavola periodica
3. Gli elementi sono suddivisi in categorie
Esploriamo la tavola periodica
lezione 3 I legami chimici
1. La regola dell’ottetto
2. La formula chimica
3. Perché gli atomi si combinano tra loro
4. Il legame ionico
5. Il legame covalente
6. Il legame metallico
La teoria atomica Fenomeni chimici e fisici a confronto Il Sistema Periodico degli elementi
Racconto geniale: Dmitrij Mendeleev Due legami chimici
Composti ionici in vetrina
Composti covalenti in vetrina
lezione 4 La composizione della materia
1. Le trasformazioni chimiche
2. Le leggi che regolano le reazioni chimiche
3. I tipi di reazioni chimiche
I composti chimici
lezione 1 Ossidi, anidridi e basi
1. L’ossidazione
2. Gli ossidi basici o ossidi
3. Gli ossidi acidi o anidridi
4. Le basi
lezione 2 Acidi e sali
1. Gli acidi
2. I sali
1. Miscugli particolari: le soluzioni
2. La solubilità
3.
4. La carta
5.
Scopriamo il pH di alcune sostanze Il mondo dei composti organici Dove lo butto?
Lezioni in
TEMA 3
CORPI IN MOVIMENTO
unità 6
Il moto dei
lezione 1
elementi che descrivono il moto
La relatività galileiana
MATERIA
LEZIONI IN
Stato di quiete, stato di moto e sistema di riferimento
3. Le caratteristiche del moto
4. Applichiamo il metodo scientifico al moto
Tutto si muove! I sistemi di riferimento inerziali Il moto rettilineo
L’accelerazione
2. Il moto uniformemente accelerato
Il moto dei corpi in caduta libera
unità 7
Le forze
Le caratteristiche di una forza
Come si misurano
3. La composizione delle
Tanti tipi di forze
La dinamica
Il primo principio della dinamica
3. Il secondo principio della dinamica
4. Il terzo principio della dinamica
5. Forze e moti circolari
1. La statica
Lezioni in Podcast Test interattivi
Listening
LEZIONI IN POWERPOINT
Cronaca di una partita di calcio
La costruzione del poligono funicolare Il principio di inerzia Racconto geniale: Isaac Newton
Parla la scienza
2. Il baricentro
3. L’equilibrio di un corpo appoggiato e di un corpo sospeso
lezione 4 Macchine e leve
1. Le macchine semplici
2. La leva
3. I tre generi di leve
lezione 5 La pressione e le forze nei fluidi
1. La pressione
2. Il principio di Pascal
3. La pressione dei fluidi
4. La spinta idrostatica
5. La spinta aerostatica
TEMA 4
LA FISICA DELLE ONDE
MATERIA
Parla la scienza
L’elettricità e il magnetismo
2
Conduttori e isolanti
corrente elettrica
1. La differenza di potenziale
2. I generatori di corrente elettrica
3. I circuiti elettrici
4. La resistenza elettrica e le leggi di Ohm
Tecnologie per migliorare il Pianeta
2. Come è fatta l’etichetta energetica
corrente
1. La corrente elettrica genera un campo magnetico
3. L’induzione
Lezioni in
Il suono e la luce
lezione 1 Che cos’è il suono
1. Le sorgenti sonore
2. La propagazione del suono
3. Le onde sonore
4. Le caratteristiche di un’onda
lezione 2 Le caratteristiche dei suoni
1. Altezza, intensità e timbro dei suoni
2. La velocità del suono
3. La riflessione del suono
4. La risonanza
3 Che cos’è la luce
L’energia luminosa
2. La propagazione rettilinea della luce
3. Sorgenti luminose e corpi illuminati
4. Ombra e penombra
1. La riflessione della luce
2. Gli specchi
La rifrazione
5. Le lenti
5 I colori
La luce bianca
La dispersione della luce
3. I colori degli oggetti
Il campo di udibilità
L’ecolocalizzazione dei pipistrelli
Luce: onda o particella?
Lo spettro elettromagnetico Fenomeni ottici
L’esperimento di Newton
I colori complementari
Lezioni in Podcast
Test interattivi
Listening
MATERIA TEMA
1
Le teorie scientifiche e i fenomeni naturali
Viviamo in un mondo fatto di materia: sono materia tutti gli organismi viventi, l’aria che respiriamo, gli oggetti che usiamo ogni giorno, il nostro stesso corpo. Pertanto, è dalla materia che dobbiamo cominciare le nostre indagini per comprendere come funziona e come è fatta la realtà. Le discipline scientifiche che ci aiutano più di altre in questo compito sono le hard sciences, “scienze dure”, che comprendono la fisica, la chimica, la biologia. Ma perché le hanno chiamate così? Queste discipline scientifiche hanno in comune l’uso sistematico di un metodo di indagine della realtà, il metodo scientifico, e l’utilizzo del linguaggio della matematica per rielaborare i dati raccolti. L’applicazione del metodo scientifico ha permesso, nel corso degli anni, di raccogliere una grandissima quantità di dati sperimentali, grazie ai quali sono state elaborate le leggi e le teorie scientifiche con le quali spieghiamo i fenomeni naturali. L’applicazione delle scoperte della fisica e della chimica, in particolare, hanno dato uno straordinario contributo allo sviluppo umano, basti pensare ai livelli raggiunti dalle tecnologie digitali che usiamo ogni giorno, alla produzione di nuovi strumenti e farmaci usati per la cura delle malattie o per la soluzione dei problemi ambientali della Terra.
La scienza unità 1 della materia La struttura unità 2 e il calore La temperaturaunità 3
e il suo metodo
ANDREA CIOFFI, data scientist
Andrea ha studiato Ingegneria matematica e si è specializzato in Statistica. Da sempre affascinato dal funzionamento di computer e cellulari, ha trovato nella matematica la risposta a tutte le sue curiosità. Oggi lavora per una società dove si occupa di analizzare grandi quantità di dati e di metterli in relazione per ottenere informazioni utili in diversi ambiti, da quello medico a quello economico.
GIUSEPPE SCALIA, productionmanager
Dopo il diploma all’istituto tecnico con indirizzo in elettronica e telecomunicazioni, Giuseppe si è laureato in Fisica e ha svolto attività di ricerca presso l’Università della California di Los Angeles, occupandosi dell’applicazione di tecniche di microscopia a fluorescenza per lo studio delle strutture inorganiche e organiche. Oggi si occupa di quantum key distribution, una nuova tecnologia per la protezione dei dati informatici.
MARIA LUISA CHIARAMONTE, clinical research associate
Maria Luisa si è laureata in Biologia, ha conseguito il dottorato in Biologia Molecolare per poi diventare clinical research associate: il suo lavoro consiste nel gestire la conduzione degli studi clinici sugli effetti di nuovi farmaci e terapie all’interno degli ospedali. Tra i suoi compiti vi è il controllo delle fasi della sperimentazione perché sia condotta e documentata in modo appropriato e garantisca che i dati siano integri e attendibili.
PARLA LA SCIENZA
MATERIA
e il suo metodo La scienza unità
lezione 1
Il metodo sperimentale
lezione 2
Facciamo un esperimento
lezione 3
Misurare le grandezze: lunghezza, superficie e volume
Misurare le grandezze: massa, peso e tempo lezione 4
La rappresentazione grafica dei dati lezione 5
BUONE NOTIZIE PER IL FUTURO
Un modello virtuale della Terra
A partire dal XVII secolo, l’uso del metodo scientifico per indagare la natura ha permesso di ottenere grandi risultati in ogni ambito di ricerca. La complessità della realtà, però, presenta spesso situazioni in cui il metodo scientifico non è applicabile, per esempio perché il fenomeno non è “ancora” avvenuto e si vuole conoscere la sua evoluzione nel tempo: ciò è tipico della meteorologia, dell’astronomia, di una epidemia da virus. L’invenzione dei computer, capaci di elaborare rapidamente enormi quantità di dati, permette già da qualche anno di costruire modelli scientifici virtuali di moltissimi fenomeni naturali. Oggi i computer tradizionali vengono progressivamente sostituiti dai computer quantistici, in grado di elaborare dati ad una velocità sorprendente ed effettuare calcoli estremamente complessi, che permettono di costruire modelli virtuali ancora più precisi. È il caso del “gemello digitale” della Terra, un modello ad alta precisione del nostro Pianeta, grazie al quale gli scienziati possono studiare gli effetti del cambiamento climatico, lo stato degli oceani, la biodiversità e moltissimi altri fenomeni naturali. L’ambizioso progetto, che fa parte dell’iniziativa Destination Earth (DestinE), offrirà alla scienza la possibilità di eseguire veri e propri esperimenti a livello globale, simulando le interazioni tra fenomeni naturali e le attività umane, e contribuirà al raggiungimento degli obiettivi della transizione ambientale e digitale sostenuta dall’Unione Europea.
SCIENCE
REEL
Magia o scienza?
Il metodo sperimentale lezione 1
CARTA PENNA COMPUTER
Galilei e il metodo sperimentale
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
1. Dove e quando Galilei approfondisce la conoscenza della matematica e della fisica?
2. Quali sono i più importanti strumenti costruiti o perfezionati da Galilei?
3. Che cosa ha scoperto con il telescopio?
4. Come è strutturato il metodo scientifico sperimentale?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
5. Che cosa significa per Galilei “sensata esperienza”?
6. Che cosa sostiene nelle pagine del Saggiatore a proposito del linguaggio della natura?
1 Dalla magia alla scienza
«Perché il Sole sorge e tramonta? Perché cadono i fulmini? Perché si forma l’arcobaleno?»
Queste sono alcune delle domande che bambini e bambine rivolgono agli adulti e in questo modo manifestano il bisogno di capire il mondo che li circonda. Probabilmente anche i nostri antenati si ponevano domande simili quando cercavano una spiegazione dei fenomeni naturali che avvenivano davanti ai loro occhi.
L’arcobaleno si vede sempre dopo un temporale?
No, dipende dall’altezza del Sole sull’orizzonte. L’arcobaleno, infatti, è un fenomeno ottico prodotto dalla dispersione della luce solare ad opera delle goccioline di pioggia sospese nell’aria dopo un temporale. Per poterlo vedere è tuttavia necessario che il Sole sia ad una altezza tale da formare con la linea dell’orizzonte un angolo inferiore ai 42°, condizione che si verifica solo al mattino o nel tardo pomeriggio.
I nostri antenati avevano trovato risposte magiche e mitologiche a queste domande: ad esempio il Sole è un carro infuocato che attraversa il cielo, i fulmini sono lanciati da un dio adirato che vive sulle nuvole.
Le risposte magiche non richiedevano nessuna prova e alimentavano la superstizione e il senso di paura nei confronti della natura.
I filosofi dell’antica Grecia sono stati i primi a spiegare i fenomeni naturali attraverso l’osservazione e il ragionamento. Il loro metodo non dava spiegazioni magiche, ma le risposte non prevedevano la realizzazione di esperimenti in grado di provarle. Il metodo dei filosofi greci fu utilizzato fino al Cinquecento, quando uno scienziato e artista italiano, Leonardo da Vinci, iniziò a metterlo in dubbio.
2 Galileo Galilei e il metodo sperimentale
Nei primi anni del XVII secolo comincia a diffondersi l’idea che lo studio di un fenomeno naturale deve essere effettuato seguendo un determinato “metodo di lavoro”. Lo scienziato pisano Galileo Galilei (1564-1642) è stato il primo a comprendere che, per spiegare i fenomeni naturali, è necessario compiere delle osservazioni, elaborare ipotesi ed effettuare prove per verificarle. Queste prove sono gli esperimenti e rappresentano la parte innovativa del “metodo di lavoro” di Galilei. Molto spesso Galilei eseguiva i suoi esperimenti in laboratorio così da seguirli passo passo; ha anche ideato e perfezionato vari strumenti per fare delle osservazioni approfondite e delle misurazioni più accurate. Analizzando i risultati dei suoi esperimenti, Galilei ricavava delle teorie che fornivano una spiegazione dei fenomeni osservati.
Il lavoro di indagine e sperimentazione ideato da Galilei è detto metodo sperimentale, o metodo scientifico
I criteri del metodo sperimentale enunciati da Galilei sono tuttora validi e sono applicati in diversi ambiti della scienza moderna.
3 Le fasi del metodo sperimentale
Quando compiamo una ricerca su un fenomeno naturale seguendo il metodo sperimentale, dobbiamo procedere come farebbe uno scienziato.
1. Partiamo dall’osservazione del fenomeno naturale che attira la nostra attenzione: ad esempio l’arcobaleno che si forma, a volte, dopo un temporale, un’ape che vola da un fiore all’altro, il salmone che risale il fiume, un pezzo di ghiaccio che si scioglie. Compiute le osservazioni, ci poniamo una domanda sull’aspetto che vogliamo indagare.
2. Il nostro interesse ci porta alla formulazione di un’ipotesi che possa spiegare in modo razionale il fenomeno osservato. Per esempio, un cubetto di ghiaccio si scioglie perché la temperatura dell’ambiente è maggiore di quella del freezer.
La prima spiegazione, che può essere soggettiva, quando diventa un’ipotesi ci spinge a considerare quegli aspetti della nostra osservazione che sono più utili allo scopo prefissato e che ci portano a fare una previsione sulle possibili conseguenze. Per esempio, se metto l’acqua al freddo si ghiaccia?
3. Per rispondere alla domanda, cioè per verificare le conseguenze dell’ipotesi, possiamo realizzare un esperimento. Mi procuro il materiale necessario: in questo caso alcuni contenitori, dell’acqua e un apparecchio come il frigorifero di casa che mi permette di avere un ambiente a temperatura inferiore a quella della stanza.
METODO SCIENTIFICO
OSSERVAZIONE Osservazione di un fenomeno.
IPOTESI Formulazione di un’ipotesi che possa rispondere alla do manda.
DOMANDA Formulazione di una domanda sull’aspetto che si vuole studiare.
ANALISI Raccolta dei dati e registrazione delle misurazioni.
ESPERIMENTO Realizzazione di un esperimento per verificare la conseguenza dell’ipotesi.
CONCLUSIONI Conferma o abbandono dell’ipotesi iniziale sulla base dei risultati sperimentali.
4. La fase successiva rende necessario raccogliere i dati e registrare le misurazioni. Per effettuare le misurazioni che ci servono dobbiamo utilizzare degli strumenti opportuni, nel nostro caso il termometro, che ci permette di rilevare la temperatura all’interno del frigorifero e del freezer.
Osserviamo il risultato dell’esperimento: l’acqua del contenitore riposta nel frigorifero, dove abbiamo rilevato una temperatura bassa, ma superiore a 0 °C, non si è ghiacciata, mentre quella nel freezer sì.
5. Dall’analisi dei risultati traiamo le conclusioni: l’ipotesi che possiamo confermare è che l’acqua si ghiaccia nel freezer, quella che dobbiamo abbandonare è che l’acqua si ghiaccia nel frigorifero 1 .
La caratteristica che devono avere gli esperimenti è la loro completa riproducibilità, cioè la possibilità di ripeterli e verificarne i risultati, grazie a una descrizione corretta e precisa del procedimento. Per questo è importante comunicare i risultati ottenuti e condividerli con il resto della comunità scientifica.
Dobbiamo ripetere più volte l’esperimento, per essere certi che il risultato ottenuto non sia frutto del caso; variamo anche la temperatura, per determinare esattamente quella di congelamento.
Quando i dati sperimentali presentano delle regolarità, ad esempio l’acqua si congela sempre alla stessa temperatura, possiamo confermare la nostra ipotesi e trasformarla in una legge scientifica . Una legge scientifica spiega come quel fenomeno naturale funziona e permette di prevedere come avverrà un fenomeno simile a quello osservato.
Le leggi e le teorie scientifiche non sono verità assolute e sono valide solo temporaneamente: possono essere ri-
Perché?
viste in qualunque momento, quando i risultati di un nuovo esperimento forniscono elementi che mettono in discussione il contenuto della teoria stessa. È proprio per questa ragione che la scienza è sempre in evoluzione.
L’incredibile evoluzione delle scienze, in particolare negli ultimi decenni, è dovuta anche alle nuove scoperte della tecnologia, che hanno messo a nostra disposizione strumenti sofisticatissimi su oggetti diventati di uso comune. Hai mai preso in considerazione l’incredibile dotazione del tuo smartphone?
Spesso chi è assorbito da un lavoro di ricerca arriva al punto di modificare o addirittura costruirsi gli strumenti più adatti al tipo di indagine che sta conducendo.
Sono proprio il metodo scientifico e questa capacità “imprenditoriale” che, applicati in qualunque ambito, permettono un costante progresso.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Il metodo scientifico è il metodo di lavoro di chi studia i fenomeni.
2. Il primo a utilizzare il metodo sperimentale fu Leonardo da Vinci.
3. Una legge scientifica è una verità assoluta.
4. La fase iniziale del metodo scientifico è la realizzazione di un esperimento.
VERSO LE COMPETENZE
Abbina ogni azione con la corrispondente fase del metodo sperimentale. Stai pedalando e ti sembra che ci sia qualcosa che non va. Esamina la situazione come se fossi uno scienziato.
a La pedalata è faticosa anche con le gomme ben gonfie. Devi scartare la prima ipotesi.
1 Osservazione di un fenomeno
2 Formulazione di un’ipotesi
3 Previsione di conseguenze dell’ipotesi
4 Realizzazione di un esperimento
5 Conferma o smentita dell’ipotesi
6 Formulazione di un’altra ipotesi
7 Realizzazione di un altro esperimento
8 Conferma o smentita della seconda ipotesi
b Gonfi le gomme della bicicletta e riparti.
c Pensi che le gomme sgonfie rendono la pedalata più faticosa.
d Osservi che le gomme della bicicletta sono un poco sgonfie.
e Se le gomme sono gonfie, allora pedali più velocemente.
f Aggiungi qualche goccia di olio alla catena.
g Pensi a un’altra ipotesi: ad esempio la catena non è ben oliata.
h La catena gira fluida e la tua ipotesi è confermata.
1: 2: 3: 4: 5: 6:
Facciamo un esperimento lezione 2
CARTA PENNA COMPUTER
La ricerca di Hasler
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
1. Qual era lo scopo dell’esperimento di Hasler?
2. Quale ipotesi ha formulato lo scienziato relativamente alla capacità di orientarsi dei salmoni?
3. Come è stato organizzato l’esperimento?
4. Quali conclusioni ha tratto Hasler dall’esame dei dati raccolti?
5. Perché è importante che i risultati di un esperimento siano pubblicati e fatti conoscere alla comunità scientifica?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
6. Dai un titolo alle immagini e scrivi sul quaderno una didascalia per ciascuna foto (max due righe).
1 Applichiamo il metodo sperimentale
1 Raggi di Sole che filtrano dalle nuvole.
Tutti coloro che indagano sui fenomeni naturali applicano il metodo sperimentale. Se anche tu vuoi agire in modo scientifico è importante che impari a seguire le tappe che caratterizzano questo metodo di indagine della realtà che ti circonda. Applichiamo il metodo allo studio di un fenomeno che sicuramente ti sarà capitato di osservare: la propagazione della luce. La domanda è: “I raggi luminosi hanno un andamento rettilineo?”
■ Fase 1 OSSERVAZIONE DI UN FENOMENO
Le osservazioni devono essere accurate e sistematiche e, se necessario, effettuate mediante appositi strumenti. Nella vita quotidiana è facile osservare i raggi del Sole che filtrano dalle nuvole o la traccia lasciata da un laser: in entrambi i casi i raggi luminosi sembrano mantenere una traiettoria rettilinea 1 .
■ Fase 2 FORMULAZIONE DI UNA DOMANDA SULL’ASPETTO CHE SI VUOLE STUDIARE E DI UNA IPOTESI CHE LO SPIEGHI IN MODO RAZIONALE
Questa è la parte più creativa del metodo sperimentale, servono un po’ di intuizione, immaginazione e… un pizzico di fortuna. Naturalmente non è possibile limitarsi a formulare un’ipotesi, ma occorre anche cercare di prevedere che cosa potrebbe accadere se l’ipotesi fosse confermata. La cosa migliore è fare più di una previsione, cercando di immaginare gli effetti delle possibili variazioni degli elementi in gioco.
Dalle osservazioni eseguite si può formulare l’ipotesi che la luce si propaghi in modo rettilineo indipendentemente dalla sorgente che la produce.
■ Fase 3 REALIZZAZIONE DI UN ESPERIMENTO PER VERIFICARE LE CONSEGUENZE
DELL’IPOTESI
Occorre progettare l’esperimento con cura, ma non è indispensabile avere a disposizione un laboratorio. Chi studia la foresta amazzonica, per esempio, deve ingegnarsi con quello che trova!
Procurati 4 cartoncini, pratica un foro in ognuno di essi dopo averli disposti su un piano in modo che i fori siano allineati. Per tenerli ben fermi puoi usare delle mollette da bucato fissate ai lati di ogni cartoncino o realizzare una base di plastilina per tenerli allineati. Utilizza un cartoncino nero per costruire uno schermo. Da un lato disponi una candela, dall’altro dei cartoncini forati. Sullo schermo vedrai formarsi l’immagine del punto del raggio di luce che passa attraverso i fori.
Sposta uno dei cartoncini in modo che i fori non siano più allineati: il punto luce sullo schermo non sarà più visibile.
■ Fase 4 LA RACCOLTA DEI DATI
Normalmente i dati di tipo numerico o visuale (per esempio immagini di fototrappole) sono riportati in tabelle, rielaborati e presentati sotto forma di grafico.
Documenta mediante fotografie i risultati del tuo esperimento dopo aver utilizzato altre fonti di luce, per esempio una torcia o una lampadina.
■ Fase 5 CONFERMA O ABBANDONO DELL’IPOTESI
In questa fase possiamo commentare i risultati ottenuti e confrontarli con quelli di esperimenti analoghi di altri scienziati; possiamo anche segnalare eventuali difficoltà che abbiamo incontrato.
Anche cambiando la sorgente di luce, il punto luminoso appare sullo schermo solo quando i fori dei cartoncini sono allineati. Questi risultati ti conducono a confermare l’ipotesi della propagazione rettilinea della luce.
2 Misure ed errori
Per effettuare un esperimento è quasi sempre necessario utilizzare degli strumenti di misura. Tuttavia, ogni volta che si misura una grandezza, cioè la si confronta con una opportuna unità di misura, sorgono dei problemi. Il primo è quello di avere sempre a disposizione dei dati comprensibili da tutti, ed è questo il motivo che ha portato la maggior parte dei paesi del mondo ad adottare il Sistema Internazionale Il secondo problema riguarda lo strumento di misura scelto: la misura di un banco, rilevata con la riga, si ottiene con uno o al massimo due appoggi, mentre con il righello è necessario un numero maggiore di rilevazioni.
SIAMO ALTI UGUALI?
Altri problemi dipendono dalla persona che effettua la misura oppure da un’errata lettura della scala o a imprecisioni nel procedimento.
Ogni misurazione, quindi, è inevitabilmente accompagnata da errori.
Come si fa, allora, a determinare il valore esatto di una grandezza?
Prima di tutto, quando affronti una misurazione, devi valutare preventivamente quale tipo di strumento ti permette la corretta rilevazione. Per esempio, la lunghezza della tua aula potrà essere circa 4-5 metri, e quindi per misurarla sarà meglio utilizzare un metro piuttosto che un righello. Inoltre, è bene ripetere più volte la misurazione e calcolare la media aritmetica (M) dei valori ottenuti. Il calcolo viene eseguito sommando i valori delle misurazioni e dividendo il risultato per il numero delle misurazioni stesse:
media aritmetica = somma dei valori numero delle misurazioni
In questo modo si cerca di limitare il più possibile il numero di errori, ma quello che ottieni è un valore approssimativo della misura cercata.
3 La relazione di laboratorio
Un esperimento non è ben realizzato se, una volta concluso, non contiene tutte le indicazioni necessarie affinché altri scienziati lo possano ripetere allo stesso modo. La relazione di laboratorio è lo strumento che ti permette la condivisione dei risultati. In questo corso, la sigla LAB STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) indica che l’attività sperimentale proposta deve essere eseguita seguendo le fasi del metodo sperimentale e prevede una relazione di laboratorio finale. L’esempio che segue riguarda un esperimento sulla combustione effettuato applicando il metodo sperimentale. Ricorda! Prima di lavorare in laboratorio devi conoscere le norme di sicurezza e il comportamento da tenere perché non avvengano incidenti, non si provochino danni e l’ambiente non venga inquinato dalle sostanze che usi.
• il nome di chi esegue l’esperimento; la data di esecuzione permette di verificare a distanza di tempo se i risultati rimangono invariati oppure no;
• il titolo indica quale esperimento si esegue;
• l’osservazione del fenomeno e l’ipotesi che si vuole verificare;
La relazione di laboratorio
nome cognome
■ Titolo Esperimento sulla combustione
■ Osservazione del fenomeno
data / /
Un falò, la fiamma del gas, una candela accesa sono esempi di combustione, il fenomeno grazie al quale una sostanza brucia. Quali sono le condizioni necessarie perché possa avvenire una combustione? Devono esserci un materiale in grado di bruciare (il combustibile) e qualcosa che permette la combustione (il comburente), cioè l’ossigeno.
Ho ipotizzato che la combustione possa avvenire solo in presenza di ossigeno, quindi posso prevedere che in mancanza di esso la combustione non è possibile.
Leggi le norme di sicurezza in laboratorio
• il materiale occorrente: elenca tutto ciò che serve per realizzare l’esperimento (possono essere anche oggetti di uso comune);
• il procedimento, cioè i vari momenti dell’esperienza descritti in modo dettagliato e preciso;
■ Materiale occorrente
• una candela
• un portacandele
• un accendino
• due vasi di vetro di dimensioni diverse, ma abbastanza grandi da contenere la candela e il portacandele
• un cronometro
■ Procedimento
1. Sistemo la candela sul portacandele. Accendo la candela e osservo la combustione per qualche istante.
2. Prendo il vaso più piccolo e lo capovolgo sopra la candela.
3 Faccio partire il cronometro e leggo il tempo che passa prima che la fiamma si spenga.
4 Riaccendo la candela e lascio avviare la combustione.
5 Prendo il vaso più grande e lo capovolgo sopra la candela.
6 Cronometro il tempo che passa prima che la fiamma si spenga.
7. Raccolgo i dati in una tabella.
contenitore 1 2
tempo
• la riflessione sui risultati raggiunti;
• gli eventuali problemi riscontrati e gli interventi fatti per risolverli.
■ Commenti e conclusioni
L’esperimento ha dimostrato che la combustione avviene finché c’è ossigeno. Infatti, la fiamma dura di più quando si utilizza il vaso più grande, perché al suo interno rimane racchiusa una maggiore quantità di ossigeno.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. La relazione di laboratorio si realizza dopo aver effettuato un esperimento.
2. Gli errori di misurazione dipendono solo dalla persona che la effettua.
3. Quando si esegue un esperimento non è necessario seguire sempre il metodo scientifico.
4. Gli esperimenti confermano sempre le ipotesi fatte.
VERSO LE COMPETENZE STEM
Un esperimento di laboratorio ha richiesto di determinare la massa di un oggetto. I tre gruppi in cui è divisa la classe hanno effettuato cinque pesate ciascuno. I risultati, espressi in grammi, sono i seguenti: 600 600 610 610 590 590 600 600 610 610 610 590 590 580 600
a. Qual è il valore più corretto della massa dell’oggetto?
b. Come lo hai determinato?
Misurare le grandezze : lunghezza, superficie e volume lezione 3
LAB STEM
MISURA IL VOLUME DI UN OGGETTO
Per determinare la misura del volume di un oggetto di forma geometrica esistono delle specifiche regole matematiche, ma come si procede se si tratta di un oggetto di forma irregolare?
■ REALIZZA
L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• contenitore rettangolare in vetro o in plastica trasparente
• un mattone e un sasso
• bottiglia
• acqua
• righello
• calcolatrice
• carta e penna
altezza
lunghezza larghezza
PROCEDIMENTO
1. Con il righello misura gli spigoli del mattone: poiché ha la forma di parallelepipedo, il suo volume si calcola moltiplicando le misure di lunghezza, larghezza e altezza.
2. Usa la bottiglia per riempire d’acqua il contenitore, in modo che il livello dell’acqua superi di qualche centimetro l’altezza del mattone.
3. Con il righello misura l’altezza dell’acqua nel contenitore.
4. Immergi il mattone e, una volta che la superficie è di nuovo piana, misura l’altezza raggiunta dell’acqua e calcola la differenza tra le due misure.
5. Poiché il contenitore è un parallelepipedo, l’acqua al suo interno ha la stessa forma. Il volume del mattone è uguale al volume dell’acqua spostata e risulta dal prodotto di lunghezza, larghezza e altezza del dislivello dell’acqua. (Attenzione! Se le pareti del contenitore sono molto spesse devi considerare le misure interne.)
6. Ora immergi il sasso e determina il suo volume.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Compila la tabella e confronta i risultati: i valori sono gli stessi?
acqua spostata
2. Puoi affermare che il metodo usato per determinare il volume di un oggetto di forma regolare può essere usato per valutare il volume di oggetti di qualsiasi forma?
3. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 Misurare vuol dire confrontare
Per esprimere i risultati di un esperimento o le caratteristiche di un oggetto in modo preciso e comprensibile a tutti, non possiamo fare affidamento sui nostri sensi: dobbiamo effettuare delle misurazioni. Tutti gli oggetti hanno delle caratteristiche che possono essere misurate e che possono essere espresse attraverso numeri: ad esempio la lunghezza e la temperatura.
Si definisce grandezza la caratteristica di un oggetto che si può misurare.
Per eseguire una misurazione è necessaria un’unità di misura, cioè una grandezza dello stesso tipo di quella che vogliamo misurare, che viene presa come riferimento e alla quale si dà il valore 1.
Misurare significa confrontare una grandezza con l’unità di misura scelta, per determinare quante volte l’unità di misura è contenuta in quella grandezza.
La misura della grandezza si esprime con un numero e con l’unità di misura scelta per misurarla.
2 Il Sistema Internazionale di unità di misura
L’aumento degli scambi e delle informazioni tra le nazioni del mondo ha reso necessario adottare un sistema di unità di misura uguale per tutti i Paesi.
Nel 1960 è entrato in vigore il Sistema Internazionale di unità di misura (abbreviato in SI). Esso definisce il nome, l’unità di misura e il simbolo di sette grandezze fondamentali indipendenti l’una dall’altra 1 Tab. :
• lunghezza
• massa
• tempo
• intensità di corrente elettrica
• temperatura
• intensità luminosa
• quantità di sostanza
Dalla combinazione delle sette unità fondamentali si ottengono le unità di misura delle grandezze derivate, come la velocità e il volume. Inoltre, tutte le unità di misura hanno multipli e sottomultipli. Se dobbiamo misurare grandezze “grandi” usiamo i multipli dell’unità di misura, se dobbiamo misurare grandezze “piccole” usiamo i sottomultipli. Multipli e sottomultipli sono espressi da un prefisso posto davanti al nome dell’unità di misura 2 Tab. .
nome
Grandezze e misure
simbolo della grandezza unità di misura
simbolo dell’unità di misura
lunghezza L metro m massa m kilogrammo kg
tempo t secondo s intensità di corrente elettrica I ampere A
temperatura T kelvin K intensità luminosa iL candela cd quantità di sostanza n mole mol
1 Tab. Le sette grandezze fondamentali del SI.
prefisso simbolo moltiplica l’unità di misura per
tera T 1 000 000 000 000 = 1012
giga G 1 000 000 000 = 109
mega M 1 000 000 = 106
kilo k 1000 = 103
etto h 100 = 102
deca da 10
deci d 0,1 = 10 –1
centi c 0,01 = 10 –2
milli m 0,001 = 10 –3
micro μ 0,000 001 = 10 –6
nano n 0,000 000 001 = 10 –9
pico p 0,000 000 000 001 = 10 –12
2 Tab. Multipli e sottomultipli.
1 Il righello (a) e una rotella metrica (b) permettono di misurare direttamente la lunghezza.
Per esprimere misure molto grandi o molto piccole è più semplice utilizzare la notazione scientifica ed esprimere il valore con le potenze di 10 anziché con lunghe sequenze di 0. Con la notazione scientifica:
• 10 si esprime come 101
• 1000 si esprime come 103
• 1 000 000 come 106
Anche i numeri decimali si esprimono in questo modo, ma utilizzando potenze negative:
• 0,1 si esprime come 10–1
• 0,001 si esprime come 10–3
• 0,000001 si esprime come 10–6.
3
Gli strumenti di misura
Per effettuare una misurazione occorre anche uno strumento di misura
Gli strumenti che usiamo devono essere adatti alla misura che vogliamo eseguire, cioè devono avere sensibilità e portata adeguati.
Ad esempio, per misurare le dimensioni di un libro, del banco o del cellulare sono adatti una squadra o un righello: questi strumenti hanno la scala divisa in centimetri e millimetri e permettono di compiere misurazioni dirette .
La sensibilità di uno strumento di misura corrisponde alla più piccola di uno strumento di misura corrisponde al valore minimo e al valore massimo che esso può misurare.
Ad esempio, per determinare la lunghezza della tua aula puoi usare una rotella metrica, che ha una portata di 20 m. Effettuare la stessa misura con il righello, la cui portata è di circa 20-30 cm, è un’operazione difficoltosa e puoi facilmente commettere errori 1
Misurare la lunghezza
L’unità di misura della lunghezza è il metro (simbolo m). In molti casi misurare direttamente una lunghezza non è possibile: come fa, ad esempio, un ingegnere a misurare la distanza tra le rive di un fiume per costruire un ponte? Gli strumenti per la misura di grandi distanze utilizzano la luce, che viaggia alla velocità di circa 300 000 km al secondo. Uno di questi strumenti è il teodolite. Il teodolite registra il tempo di andata e ritorno di un raggio di luce e lo trasforma in una misura di lunghezza. Sullo stesso funzionamento si basa il puntatore laser, uno strumento ormai molto diffuso, usato per misurare piccole lunghezze, come le dimensioni di una stanza. Il teodolite e il puntatore laser permettono una misurazione indiretta delle lunghezze 2
Una misura indiretta è ricavata con calcoli di altre grandezze di cui si ha la misura diretta.
5 Misurare la superficie
Se devi misurare l’area del tuo banco non è sufficiente una misura lineare, perché una superficie è caratterizzata da due dimensioni.
L’unità di misura della superficie è il metro quadrato (m2), che corrisponde all’estensione di un quadrato il cui lato è lungo un metro.
Il metro quadrato è un’ unità di misura derivata dal metro. Anche del metro quadrato esistono multipli e sottomultipli. Nelle misure di superficie si passa da una unità alla successiva moltiplicando per 100, mentre per passare alla precedente si divide per 100.
6 Misurare il volume
Gli oggetti occupano uno spazio: la misura associata allo spazio occupato è il volume Per misurare il volume occorre fare un confronto con una unità di misura che delimiti uno spazio, cioè che abbia tre dimensioni.
L’unità di misura del volume è il metro cubo (m3), che corrisponde allo spazio occupato da un cubo i cui spigoli sono lunghi un metro.
Anche il metro cubo è un’unità di misura derivata dal metro. Nelle misure di volume si passa all’unità successiva moltiplicando per 1000, e alla precedente dividendo per 1000. Il volume delle sostanze liquide, come acqua, olio e vino, corrisponde allo spazio che possono occupare in un contenitore. Questa grandezza si chiama capacità Esiste una relazione tra le misure di capacità e quelle di volume 3 . Per verificarlo puoi eseguire questa prova. Procurati un contenitore cubico con gli spigoli di 10 cm = 1 dm: delimita uno spazio di 1 dm3. Riempilo completamente di acqua e poi versa il liquido in un contenitore graduato in litri: osserverai che vi hai versato 1 litro di acqua. Infatti: 1 litro = 1 dm3
FISSA I CONTENUTI
ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Portata di uno strumento
2 Sistema Internazionale
3 Metro
1: 2: 3:
3 La corrispondenza tra litro e decimetro cubo.
Misurare lunghezza, superficie e volume 1 dm
a Unità fondamentale di misura delle lunghezze.
b Valore minimo e valore massimo che uno strumento può misurare.
c Sistema che definisce le grandezze fondamentali e le loro unità di misura.
VERSO LE COMPETENZE
Scrivi le seguenti misure di lunghezza utilizzando le potenze di 10 dell’unità fondamentale del SI.
- raggio di un atomo = 0,0000000000003 cm
- distanza di Plutone dal Sole = 5900 milioni di kilometri
- diametro di un globulo rosso = 7,7 millesimi di millimetro
- diametro della galassia di Andromeda = 220000 anni luce.
Misurare le grandezze : massa, peso e tempo lezione 4
LAB STEM
MASSA E PESO NON SONO LA STESSA COSA!
Lo sanno bene gli astronauti, che all’interno delle navicelle spaziali sembrano fluttuare come se non avessero più peso. Eppure il loro corpo è lo stesso di quando si trovano sulla Terra... Fai questo semplice esperimento per verificare la differenza tra la massa e il peso di un corpo.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• bilancia digitale
• dinamometro
• oggetti diversi (una bottiglietta di acqua, una mela, un libro, una bibita in lattina...)
• alcuni sacchetti in plastica riciclabile
• carta e penna
• calcolatrice
PROCEDIMENTO
1. Metti la bottiglietta di acqua in un sacchetto, ponilo sulla bilancia e registra la misurazione.
2. Appendi il sacchetto con dentro la bottiglietta al gancio del dinamometro e registra la misurazione.
3. Ripeti la procedura per ognuno degli oggetti che hai a disposizione.
4. Dividi la misura di ogni oggetto registrata con il dinamometro per quella registrata con la bilancia.
5. Registra i dati in una tabella come questa.
oggetto bilancia dinamometro dinamometro/bilancia bottiglietta
■ OSSERVA E RISPONDI
Dopo aver eseguito l’esperimento, rispondi alle domande.
1. I due strumenti danno misurazioni uguali?
2. Quale strumento registra valori più alti?
3. Il rapporto tra le due misurazioni rimane costante?
4. Sai ipotizzare che cosa rappresenta questo rapporto?
5. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 Misurare la massa
La massa è una delle grandezze del Sistema Internazionale e la sua unità di misura è il kilogrammo (kg).
La massa è definita come la quantità di materia che forma un corpo.
La massa di un corpo è costante, cioè resta invariata in qualsiasi punto della Terra la si misuri: infatti la quantità di materia che lo compone non cambia. Lo strumento per determinare la massa di un oggetto è la bilancia a bracci uguali, che misura la massa di un oggetto attraverso il confronto con masse campione 1 La bilancia a bracci uguali è formata da un’asta, libera di ruotare attorno a un punto, che alle estremità sostiene due piatti. Su un piatto si posa l’oggetto da pesare, sull’altro si mettono dei campioni di massa conosciuta. Quando le masse sui due piatti sono uguali, l’asta si dispone orizzontalmente e la bilancia è in equilibrio. Se la massa su un piatto è maggiore, il suo braccio è più in basso.
1 La bilancia a bracci uguali.
Come già visto per le lunghezze, anche nel caso della misura della massa sono di fondamentale importanza la portata e la sensibilità della bilancia. La scelta della bilancia dipende dalle caratteristiche dell’oggetto di cui si vuole determinare la massa: un orefice e un macellaio non usano strumenti con la stessa scala e anche la portata sarà certamente diversa.
Quanto più una bilancia è sensibile, tanto più la misura indicata sarà precisa, anche se non sempre è necessario tenerne conto: una differenza di un milligrammo in un oggetto d’oro, o in una preparazione farmaceutica, comporta delle conseguenze ben diverse rispetto alla differenza di un milligrammo in un taglio di carne!
2 Misurare il peso
Nel linguaggio comune spesso si fa confusione tra “massa” e “peso”. Per esempio usiamo il kilogrammo come se fosse l’unità di misura del peso. Così, quando acquistiamo 1 kg di mele non stiamo comprando una massa, una quantità di mele pari a 1 kg, ma il peso delle mele (perché la bilancia del fruttivendolo misura il peso, non la massa) anche se, per comodità, lo esprimiamo con l’unità di misura della massa. Che cos’è allora il peso?
Tutti i corpi, qualunque sia la loro massa, subiscono gli effetti della forza di gravità, che è la forza con cui la Terra attira i corpi verso il proprio centro.
Il peso di un corpo è la misura della forza di gravità che agisce sul corpo.
È
vero che sulla Luna pesiamo meno?
Ciò che determina il peso è la forza di gravità, cioè la forza di attrazione esercitata sul corpo dalla massa del pianeta. Sulla Luna, che ha una massa pari a 1/6 di quella terrestre, il peso di un corpo è 6 volte inferiore rispetto a quello sulla Terra. Per esempio una persona che pesa 75 kg sulla Terra, sulla Luna peserebbe solo 12,5 kg! Questo però non significa che si dimagrisca, perché cambia il peso ma non la massa che forma il nostro corpo.
Mentre la massa di un corpo è costante, il peso cambia, anche se di poco, in base alla distanza del corpo dal centro della Terra: è maggiore ai Poli rispetto all’Equatore, ed è minore su una montagna rispetto al livello del mare.
Il peso si misura con uno strumento che si chiama dinamometro e la sua unità di misura è il newton (N) 2
Il dinamometro è formato da una molla posta all’interno di un cilindro graduato e dotata di un gancio per reggere il corpo di cui si vuole misurare il peso. Il peso del corpo determina un allungamento della molla; la scala graduata indica la misura del peso.
3
Densità e peso pecifico
Appoggiamo sui piatti di una bilancia una sfera di polistirolo e una sfera di legno delle stesse dimensioni. I due oggetti hanno lo stesso volume ma la posizione dei piatti della bilancia indica che le masse sono diverse: la sfera di legno ha una massa maggiore rispetto alla sfera di polistirolo. Possiamo dire che legno e polistirolo hanno diversa densità
La densità indica quanta massa è contenuta in un certo volume di una sostanza.
La densità è una misura indiretta e si ottiene dividendo la massa (m) di un corpo per il volume (V) che esso occupa:
1 Tab. Densità di alcune sostanze.
sostanza densità (g/cm3)
acqua 1
neve fresca 0,08-0,19
sughero 0,25
legno di abete 0,37
alcol etilico 0,79
olio d’oliva 0,9
burro 0,94
aria secca 0,0012
ossa 1,7-2,0
gesso 1,9
alluminio 2,7
ferro 7,86
argento 10,49
oro 19,25
L’unità di misura della densità è il kilogrammo per metro cubo (kg/m3), ma nell’uso quotidiano si preferisce usare il sottomultiplo grammi per centimetro cubo (g/cm3) o, in maniera equivalente, kilogrammi per decimetro cubo (kg/dm3).
La densità è una proprietà caratteristica di ciascuna sostanza 1 Tab. . I corpi con densità maggiore dell’acqua affondano, quelli con densità minore galleggiano 3 . Una grandezza simile alla densità è il peso specifico, che mette in relazione il peso e il volume di una sostanza.
Il peso specifico indica quanto pesa un certo volume di una sostanza.
Anche il peso specifico è una misura indiretta e si calcola dividendo il peso (P) di un corpo per il volume (V) che esso occupa:
3 Un corpo galleggia se la sua densità è inferiore a quella dell’acqua.
densità sughero 0,25 g/cm3
densità acqua 1 g/cm3
densità ferro 7,86 g/cm3
4 Misurare il tempo
Il tempo è scandito dai movimenti della Terra e del suo satellite, la Luna. Per esempio chiamiamo anno il tempo che la Terra impiega per compiere un’orbita completa intorno al Sole: la sua durata è circa 365 giorni e il suo tra scorrere è segnato dall’alternarsi delle stagioni.
I mesi e le settimane invece sono determinati dai movimenti della Luna: la settimana è il tempo che intercorre fra due fasi lunari successive e il il tempo che passa prima che la Luna si presenti nella stessa fase. Il giorno è il tempo impiegato dal nostro pianeta per compiere un giro completo intorno al suo asse: è scandito dall’alternarsi di ore di luce e di buio ed è diviso in Queste suddivisioni, usate per realizzare i calendari, servono per organizzare la nostra esistenza ma non possono essere ritenute delle unità di misura.
L’unità di misura del tempo è il secondo (s).
Lo strumento per misurare il tempo è l’orologio, mentre il cronometro è usato per piccoli intervalli di tempo fino ai millesimi di secondo. 4
I sottomultipli del secondo seguono il sistema decimale: decimi di secondo, centesimi di secondo e millesimi di secondo. I suoi multipli, invece, seguono il sistema sessagesimale, cioè vanno di sessanta in sessanta: un minuto è formato da 60 secondi, un’ora è formata da 60 minuti.
L’ora è indicata dal simbolo h, iniziale del vocabolo latino hora
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Scegli la soluzione corretta.
1. La corretta misura del peso di un oggetto si ottiene utilizzando:
a il metro
b la bilancia
2. La densità di un corpo:
a è identica al peso specifico.
b è il rapporto tra la sua massa e il suo peso.
VERSO LE COMPETENZE STEM
c il dinamometro
d l’orologio
c è il rapporto tra la massa e il volume del corpo.
d è uguale per ogni corpo.
1. Su un piatto di una bilancia c’è una massa di 1 kg, sull’altro ci sono 5 cubi uguali di legno. La bilancia è in equilibrio. Qual è la conclusione corretta?
a Ogni cubo ha massa di 1 kg.
b Ogni cubo ha massa di 200 g.
c La massa dei cubi dipende dal materiale. d Non si può determinare la massa del cubo.
2. Appendi una sfera a un dinamometro e rileva l’allungamento della molla con un righello. Successivamente appendi una seconda sfera e rileva un allungamento doppio. Che cosa deduci?
a La seconda sfera ha peso uguale alla prima.
b Le due sfere hanno la stessa massa.
c La seconda sfera ha volume doppio di quello della prima.
d La seconda sfera ha peso doppio della prima. Giustifica la tua risposta.
Misurare massa e tempo
La rappresentazione grafica dei dati lezione 5
COMPUTER
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
scientifici
1. Perché nella ricerca scientifica si utilizzano dei modelli?
2. In quali occasioni è indispensabile l’uso di modelli?
3. È sempre possibile rispettare i rapporti in scala in un modello?
Motiva la tua risposta con un esempio.
4. Quale definizione puoi dare di modello scientifico?
5. Quali caratteristiche a tuo parere deve avere un modello scientifico?
Tabelle e rappresentazioni grafiche
Nel corso degli esperimenti che gli scienziati svolgono, basati sull’osservazione di un fenomeno o sull’analisi di un modello scientifico, è raccolta una grande quantità di dati: questi devono essere accessibili ad altri, confrontabili e visualizzati in modo immediato. Per questo vengono organizzati in tabelle e rappresentati con grafici, che rendano chiaro il fenomeno studiato. Vediamo alcuni casi. L’insegnante ti propone di studiare il clima di una città e ti suggerisce di considerare la quantità di pioggia caduta nell’arco della settimana. Puoi organizzare i dati raccolti utilizzando una tabella a doppia entrata: la tabella 1 riporta i giorni e la quantità di pioggia, misurata in millimetri, caduta in una certa località.
1 Una tabella a doppia entrata.
La ricerca di Hasler CARTA PENNA
L’ideogramma, come si intuisce dal nome, è una rappresentazione grafica che utilizza un disegno stilizzato o un simbolo che fa capire immediatamente a quale tipo di fenomeno si riferiscono i dati considerati.
La lettura dei dati su un ideogramma però fornisce in genere valori approssimati. Nella tabella sono riportati i dati relativi ai milioni di ettari di copertura arborea che sono andati persi su tutta la Terra dal 2016 al 2021 2 . I dati permettono di costruire il relativo ideogramma. Il simbolo dell’albero corrisponde a due milioni di ettari di foreste distrutte dalla deforestazione.
2 La deforestazione, dalla tabella all’ideogramma.
I diagrammi a colonne, o ortogrammi, visualizzano i dati da rappresentare con una serie di rettangoli di uguale base e di altezza corrispondente al dato da visualizzare. Nella tabella sono riportati i dati di uno studio del 2000 del Ministero dell’Ambiente su alcune specie di vertebrati a rischio di estinzione in Italia 3
3 La biodiversità, dalla tabella all’ortogramma.
4 Uno studio meteorologico, dalla tabella all’istogramma.
L’istogramma è un diagramma formato da colonne costruite secondo i criteri dell’ortogramma. Le colonne però sono affiancate l’una all’altra perché rappresentano la variazione continua di una grandezza.
Nella tabella è riportata la quantità di pioggia, misurata in millimetri, caduta in una località italiana nel corso dell’anno 4
I grafici cartesiani, che utilizzano un sistema di assi cartesiani, si usano quando si vuole rappresentare la variazione di una grandezza (la variabile dipendente) rispetto a un’altra grandezza (la variabile indipendente). Si riportano sull’asse delle ordinate i valori della variabile dipendente e sull’asse delle ascisse quelli della variabile indipendente 5 .
5 Temperatura media stagionale, dalla tabella al grafico cartesiano.
Nella tabella sono riportati i dati relativi alla temperatura media stagionale registrata nel corso di un anno in una località della Campania.
