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LUCIANA SERENO REGIS - UGO SCAIONI MARINA STEFANI - TERESA VERCELLINO

le vie della

ricerca

Scienze Naturali e Sperimentali per la Scuola Secondaria di Primo grado

Edizioni: 1 2 3 4 2009 2010

Certi Car Graf 5 6 2011

7 8 2012

Certificazione Cartaria, Cartotecnica, Grafica

9 10 2013

La casa editrice ATLAS opera con il Sistema Qualità conforme alla nuova norma UNI EN ISO 9001: 2000 certificato da CISQ CERTICARGRAF.

Direzione editoriale: ROBERTO INVERNICI Coordinamento editoriale e redazionale: UGO SCAIONI E PROGETTI DI EDITORIA SRL Progetto grafico: MARIO MUOLLO Videoimpaginazione: MARIO MUOLLO, STUDIO KEYWORD (MI), MORENO CONFALONE Disegni: VAVASSORI & VAVASSORI, STUDIO LARSEN, STUDIO MONZINI Copertina: VAVASSORI & VAVASSORI Stampa: L.E.G.O SPA - VICENZA Con la collaborazione della Redazione e dei Consulenti dell’I.I.E.A. L’Editore si impegna a mantenere invariato il contenuto di questo volume, secondo le norme vigenti.

REFERENZE FOTOGRAFICHE Archivio Atlas. Si ringraziano, per la gentile concessione a riprodurre fotografie: Archivio P. Miracca, Archivio U. Fascio, Archivio A. Ceresa, Archivio A. Di Chiara, Archivio E. Ghirardelli, Archivio R. Massa, Archivio C. Halfer, Archivio A. Rovescalli, Archivio Artemia, Archives de l’Académie des Sciences de l’Institut de France, Yuri Colleoni, ENEA, ENI, Hoechst, Max Planck Institute Heidelberg, NASA, Rivista IBM, Röhm, Science et Avenir, Sigma-Tau, Ciba-Geigy, TdC, Telespazio.

Per eventuali e comunque non volute omissioni o per gli aventi diritto tutelati dalla legge, l’Editore dichiara la propria disponibilità.

Ogni riproduzione del presente volume è vietata.

Le fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuate nei limiti del 15% di ciascun volume dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall’art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n. 633.

Le riproduzioni effettuate per finalità di carattere professionale, economico o commerciale o comunque per uso diverso da quello personale possono essere effettuate a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da AIDRO, Corso di Porta Romana n. 108, Milano 20122, e-mail segreteria@aidro.org e sito web www.aidro.org Istituto Italiano Edizioni Atlas Via Crescenzi, 88 - 24123 Bergamo Tel. 035/249711 Fax 035/216047-www.edatlas.it

© IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

Volume

2

P

resentazione

STRUTTURA GENERALE DEL CORSO Le vie della ricerca è un corso di Scienze Naturali e Sperimentali indirizzato al triennio della Scuola Secondaria di Primo Grado.

Si struttura in tre volumi una per ogni anno, ed ogni volume propone argomenti di Chimica e Fisica, Biologia e Scienze della Terra, secondo un cammino e con una scansione che rispettano, nella gradualità e nella sequenzialità, la priorità dei contenuti, uno sviluppo coerente della complessità man mano crescente degli argomenti e l’interrelazione fra i vari saperi e le potenzialità didattiche degli studenti.

Il Docente si trova così predisposta una programmazione lineare che permette, nella sua evoluzione, la possibilità di insegnare contenuti specifici, ma anche un metodo di ricerca e analisi dei fenomeni scientifici e, ancor di più, di legare fra loro principi di fisica e chimica alla biologia e alle scienze della Terra, nell’ottica dell’unità e dell’interpretazione del sapere scientifico.

Le Indicazioni Ministeriali considerano come elemento fondamentale dell’Area Matematico – Scientifico – Tecnologica l’attività sperimentale di laboratorio; non a caso la disciplina prende il nome di Scienze Naturali e Sperimentali.

Per questo motivo, il corso è corredato da un Quader no di labor ator io sper imen tale che potenzia le numerose esperienze contenute nel testo e nella Guida per l’Insegnante.

Ogni volume si divide in Parti e queste in Capitoli ed ancora in Paragrafi.

A conclusione di ogni volume è possibile consultare l’In dice an alitico e l’utile rubrica Le par ole della Scien za, articolata al variare dell’argomento in Le parole della Fisica e della Chimica, Le parole della Biologia, Le parole dell’Astronomia e delle Scienze della Terra.

STRUTTURA DIDATTICA In ciascuno dei tre volumi ogni Capitolo si apre con l’indicazione degli obiettivi for mativi, distinti in: n Conoscenze: sintetizzano i concetti fondamentali che il Capitolo propone; n Osservazione e analisi: segnalano le abilità che lo studente potrà acquisire dallo studio del Capitolo; mirano all’apprendimento operativo.

Tutti i Paragrafi sono accompagnati dalla rubrica Guida allo studio: essa propone domande, in sequenza rispetto al testo relative ai contenuti del Paragrafo ed è utile come prima verifica di comprensione.

Ogni capitolo è corredato di: • Esper ien ze: proposte secondo uno schema di lavoro diviso in: Materiale occorrente, Procedimento, Osservazioni, Conclusioni; permettono allo studente di

assimilare un metodo di lavoro simile al metodo sperimentale dello scienziato che opera in laboratorio.

• Attività: sempre strutturate in sequenze operative e accompagnate da schemi e illustrazioni, costituiscono un’importante fase di apprendimento operativo.

• Il pun to su: schede di approfondimento generale o riferite alle Educazioni ambientale, alla salute, alimentare.

Ogni Capitolo si completa con questi materiali: • Con cetti ch iave: offrono un quadro sintetico delle conoscenze proposte nel Capitolo, con evidente funzione di ripasso e di ulteriore verifica di ciò che eventualmente non è stato ben compreso. Possono anche servire come collegamento e raccordo di studio qualora l’insegnante, in funzione della sua programmazione, intenda saltare qualche Capitolo.

• Mappa di sin tesi da completar e: è un’ulteriore e più complessa verifica di ciò che si è appreso nel capitolo; essa aiuta lo studente a verificare la sua conoscenza della gerarchia dei concetti, delle relazioni in cui essi stanno tra loro, del significato dei contenuti scientifici che via via apprende.

• Eser cizi che verificano gli obiettivi sulle: Conoscenze, titolati come i Paragrafi del Capitolo; si caratterizzano come Vero/Falso, risposte a scelta multipla, corrispondenze, completamenti e integrazioni di frasi.

Osservazioni e analisi, basati sulla verifica di alcune abilità di base quali: osservare e dedurre, individuare elementi, stabilire relazioni, formulare ipotesi, risolvere problemi, mettere in sequenza, leggere le immagini, rappresentare un fenomeno.

MATERIALI ON LINE A completamento dei volumi del Corso sono disponibili on line, nel sito della Casa editrice, questi materiali didattici: • esercitazioni di Informatica applicata alle Scienze; • materiali di approccio alle Educazioni (ambientale, sanitaria, alimentare,...) dato il loro valore educativo e formativo; • l’Atlante del corpo umano, con grandi tavole anatomiche riassuntive.

GUIDA pER L’INSEGNANTE Per gli Insegnanti è disponibile una ricchissima guida didattica. Oltre alla programmazione didattica e ai piani annuali, essa propone una preziosa presentazione didattica di ogni capitolo; Test d’ingresso e Prove di verifica per tutti i capitoli e Proposte per l’esame di licenza.

Gli Autori © IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

I

ndice generale

STRUTTURA DELL’OPERA

9

Il sistema di riferimento

2. Gli elemen ti ch e descr ivon o il moto Parte Prima FISICA E CHIMICA

La traiettoria Lo spazio e il tempo La velocità

3. Il moto un ifor me e il moto var io

CApITOLO 1

LE FORZE E L’EQUILIBRIO: LA STATICA

11

Moto uniforme Moto vario e velocità media

1 . Ch e cos’è un a for za 2. Esplor iamo le for ze

12 13 15

ATTIvITà 1 • Relazione tra spazio, tempo e velocità

L’attrito ESpERIENZA 1 • Evidenziamo la forza frenante

15

il punto su

Le forze fondamentali della natura

3. La misur a dell’in ten sità di un a for za ESpERIENZA 2 • Costruiamo un dinamometro

4. La composizion e delle for ze 5. La pr ession e ATTIvITà • Misura la pressione esercitata dal tuo peso sul terreno

6. For ze n ei liquidi: il pr in cipio di Ar ch imede ESpERIENZA 3 • Misuriamo la spinta dell’acqua ESpERIENZA 4 • Forma di un corpo e galleggiamento Il galleggiamento e il peso specifico

7. Le for ze e l’equilibr io dei cor pi Il baricentro ESpERIENZA 5 • Il baricentro di un corpo irregolare Equilibri di diverso tipo L’equilibrio di un corpo appoggiato L’equilibrio di un corpo sospeso n CONCETTI ChIAvE n MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

16 17 18 19 21

4. I gr afici del moto ATTIvITà 2 • Leggiamo i grafici orari

5. Quan do la velocità cambia Il moto uniformemente accelerato

6. La piuma e il sasso

39 40 40 42 42 43 43 43 44 45 47 48 49 51

il punto su

La resistenza dell’aria e il volo

53

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

54 44

n n

22

55 55

23 23 24 25 27 27 28 29 29 30 31 31 32 34

CApITOLO 3

IL LAvORO E L’ENERGIA

60

1 . La for za e il lavor o 2. Il lavor o e le macch in e. Le leve

60 62

ESpERIENZA 1 • Lavoriamo con le leve

63

3. L’equilibr io della leva

64

ESpERIENZA 2 • La legge dell’equilibrio della leva Leve vantaggiose e svantaggiose

4. La classificazion e delle leve L’utilità di una leva svantaggiosa

5. Altr e macch in e semplici 6. Il lavor o e l’en er gia 7. L’en er gia si pr esen ta in var ie for me Da una forma di energia all’altra

CApITOLO 2

IL MOTO DEI CORpI: LA CINEMATICA

38

1 . Il moto e la quiete

38

64 65 66 67 68 70 71 72

8. Il lavor o e la poten za

75

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE

77 77

n n

3 © IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

78 79

CApITOLO 4

LO STUDIO DELLE SOSTANZE

82

1 . I fen omen i fisici e i fen omen i ch imici 2. I miscugli eter ogen ei

82 84

Le tecniche di separazione di un miscuglio eterogeneo ESpERIENZA • A. Individuiamo le proprietà che permettono di distinguere due solidi • B. Separiamo i componenti di un miscuglio di due solidi ESpERIENZA 2 • Separiamo i componenti di un miscuglio solido-liquido

3. I miscugli omogen ei: le soluzion i ATTIvITà 1 • Soluzioni... per scrivere messaggi invisibili Solubilità di un soluto e concentrazione di una soluzione ESpERIENZA 3 • Quanto sale possiamo disciogliere in acqua?

Le tecniche di separazione di una soluzione

4. Dai miscugli alle sostan ze: gli elemen ti e i composti Elementi e composti

5. Il lin guaggio della ch imica 6. Il r uolo degli elettr on i n egli atomi 7. I legami ch imici

87

87 87

n n

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

88 89

105 106

Alcoli e acidi carbossilici Le materie plastiche

106 107 108

ESpERIENZA • Ricaviamo una materia plastica dal latte

109

3. I car boidr ati

109

4. I lipidi

111

5. Le pr otein e

112 113

Caratteristiche delle proteine

6. Gli acidi n ucleici

114

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze

116 116

•Osservazioni e analisi

119

117

CApITOLO 6

90

LE TRASFORMAZIONI DELLE SOSTANZE

122

91

1 . Le r eazion i ch imich e e le leggi ch e le gover n an o

122

ESpERIENZA 1 • Formiamo un composto

91 92 93 93 94 96 98 99 100 100 101 102

CApITOLO 5

I COMpOSTI ORGANICI

104

1 . Il car bon io e i composti or gan ici

104 105

La chimica organica

2. Gli idr ocar bur i

n n

il punto su

Le formule di struttura

Le biomolecole Le proprietà del carbonio

123

2. Come si r appr esen ta un a r eazion e ch imica

125

3. I pr in cipali tipi di r eazion i ch imich e

127

4. La tavola per iodica degli elemen ti

128 130 132 133

Gli elementi e i loro impieghi principali Metalli e non metalli Numero di massa, isotopi e massa atomica

5. Gli ossidi

134

6. Gli acidi e le basi

135

il punto su

Acidi e basi di comune impiego

7. Riconoscer e le sostanze acide e basiche.

La scala del ph ESpERIENZA 2 • Prepariamo un indicatore vegetale ESpERIENZA 3 • Spegniamo la calce viva il punto su

137 138

140 140

EDUCAZIONE ALLA SALUTE

Le sostanze chimiche in casa

141

4 © IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

8. Neutralizzazione tra un acido e una base: i sali I sali

9. Le r eazion i e l’en er gia n n

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

142 143 143 144 144 145 147

Come stare seduto correttamente Come preparare lo zaino

4. Le ossa Le articolazioni Le fratture e la riparazione delle ossa ESpERIENZA • La composizione delle ossa n n

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

Parte SeCONDa BIOLOGIA

172 173 174 175 175 176 177 177 178 180

CApITOLO 3

CApITOLO 1

IMpARARE A ESSERE UNA pERSONA

152

1 . Società e cultur a 2. pr ogr esso e qualità della vita 3. Ch i siamo

152 154 156

ATTIvITà 1 • Io e gli altri

4. Agir e nel modo corr etto

157 159

ATTIvITà 2 • Il diario dei sentimenti

160

n n

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

161 161 161 163

CApITOLO 2

IL SISTEMA UOMO

164

1 . Or gan i, sistemi e super sistemi 2. Il r ivestimen to

164 166

ATTIvITà 1 • Osserviamo la pelle il punto su

167

EDUCAZIONE ALLA SALUTE

I pericoli del sole Come prendere il sole ATTIvITà 2 • Il comportamento corretto

3. Il sostegn o

168 169 169 170

il punto su

La posizione eretta il punto su

171

EDUCAZIONE ALLA SALUTE

La postura corretta

172

IL MOvIMENTO

182

1 . Ch e cos’è il movimen to 2. I muscoli del cor po uman o

183 184

ATTIvITà 1 • L’azione dei muscoli antagonisti

3. Il lavor o muscolar e ESpERIENZA • Calcola la tua potenza muscolare

186 187 187

il punto su

La struttura di un muscolo scheletrico il punto su

EDUCAZIONE ALLA SALUTE

L’attività fisica - I dolori ai muscoli ATTIvITà 2 • Un programma di attività fisica n n

188

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

190 190 192 192 192 194

CApITOLO 4

LA NUTRIZIONE

198

1 . per ch é dobbiamo n utr ir ci 2. I pr in cipi n utr itivi

198 199

ESpERIENZA 1 • I componenti del latte

3. Il valor e en er getico degli alimen ti e il fabbisogn o calor ico ATTIvITà 1 • Calcola il fabbisogno energetico

4. Educazion e alimen tar e: la dieta Per mangiare bene...

Impariamo a nutrirci

203 204 205 207 207 209 5

© IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

il punto su

CApITOLO 6

EDUCAZIONE ALIMENTARE

Gli additivi alimentari ATTIvITà 2 • Caccia agli additivi ATTIvITà 3 • Come leggere le etichette dei prodotti alimentari

5. L’appar ato diger en te I denti

6. La cur a dei den ti L’igiene dei denti

7. La tr asfor mazion e del cibo 8. Le gh ian dole dell’appar ato diger en te La malattie del fegato e del pancreas ESpERIENZA 2 • Come agisce la pepsina ESpERIENZA 3 • Come agisce la bile CONCETTI ChIAvE n MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi n

210 210

211 212 213 214 214 215 217 217 218 218 219 219 220 223

LA CIRCOLAZIONE E L’ESCREZIONE

240

1 . Il tr aspor to delle sostan ze 2. Il sistema cir colator io Il cuore I vasi sanguigni ATTIvITà 1 • Il battito del cuore

240 241 241 242 242

3. Il san gue

243

il punto su

Le cellule staminali e l’origine delle cellule del sangue ATTIvITà 2 • I componenti del sangue ESpERIENZA • L’emoglobina trasporta i gas

4. La cir colazion e del san gue il punto su

244 245 245 246

EDUCAZIONE ALLA SALUTE

Ipertensione, infarto e colesterolo

247

5. Il sistema lin fatico 6. L’escr ezion e

249 250

il punto su

CApITOLO 5

226

il punto su

1 . Ch e cos’è la r espir azion e

226

Interpretare le analisi del sangue e delle urine

227 228 230 230

n

il punto su

Lo scambio energetico e l’ATP

2. L’appar ato r espir ator io 3. Ar ia ch e en tr a e ar ia ch e esce La capacità polmonare ESpERIENZA • Un modello di polmoni ATTIvITà 1 • Calcola la frequenza respiratoria

4. Il tr aspor to dei gas r espir ator i ATTIvITà 2 • La composizione dei gas respiratori il punto su

n

231 231

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

EDUCAZIONE ALLA SALUTE

252

CONCETTI ChIAvE n MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

258

1 . Salute e malattia

258 259 259

232

il punto su

EDUCAZIONE ALLA SALUTE

La crescita incontrollata delle cellule: il tumore

235 235 236 238

255 257

CApITOLO 7

232

233

254 254

LA SALUTE E LE DIFESE DEL CORpO La malattia Le cause delle malattie

EDUCAZIONE ALLA SALUTE

I danni all’apparato respiratorio n

251

Il nefrone e l’omeostasi

LA RESpIRAZIONE

2. La pr even zion e e la cur a delle malattie La prevenzione La cura Le norme igieniche ATTIvITà 1 • Leggiamo il foglietto informativo dei farmaci

260 261 261 261 261

262

6 © IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

3. Le difese del cor po Le barriere fisiche L’infiammazione La coagulazione

4. Il sistema immun itar io

263 263 263 264 265

il punto su

I gruppi sanguigni e il fattore Rh il punto su

266

EDUCAZIONE ALLA SALUTE

L’immunità artificiale ATTIvITà 2 • Il calendario delle vaccinazioni

5. Le aller gie

267 267 268

CONCETTI ChIAvE n MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi n

269 269 270 272

il punto su

Ecosistemi nel buio n n

CONCETTI ChIAvE MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi

La vita nelle acque correnti La vita nelle zone umide: laghi, stagni e paludi Dagli stagni alle torbiere

3. Gli ambienti marini

Vivere tra l’alta e bassa marea Scogliere coralline e atolli

276

1 . Ch e cos’è un ecosistema

276 279

4. I biomi terr estri

2. Il flusso di en er gia n egli ecosistemi

280

5. Biomi for estali

3. Caten e alimen tar i e r eti alimen tar i

282 282 283

Le catene alimentari Le reti alimentari ATTIvITà • Tracciamo una catena alimentare

4. I cicli della mater ia Il ciclo del carbonio Il ciclo dell’azoto Il ciclo dell’ossigeno Il ciclo del fosforo

5. En er gia, biomassa e pir amidi ecologich e il punto su

285 286 286 287 287 287 288

EDUCAZIONE AMBIENTALE

Veleni nelle catene alimentari: l’amplificazione biologica

6. L’equilibr io ecologico e la n icch ia ecologica La nicchia ecologica L’equilibrio ecologico alterato dall’uomo

7. In ter azion i n elle comun ità

308 309 309 309 311 312

il punto su

LE BASI DELL’ECOLOGIA La capacità di adattarsi

302 302 304 304 306

il punto su

La comunità del mare

CApITOLO 1

297 299

CApITOLO 2

DAGLI ECOSISTEMI AI BIOMI 1 . Gli ecosistemi h an n o un a stor ia 2. Gli ambien ti delle acque dolci

Il “profilo” del mare

Parte terZa SCIENZE DELLA TERRA

295 296 296

289 290 290 292 294

Vivere negli abissi Una rete alimentare in acque gelide

La foresta pluviale equatoriale La foresta temperata decidua La foresta boreale o taiga

6. Biomi di pr ater ia La savana La prateria temperata

7. Biomi di “ambien te ar ido” Il deserto La tundra e l’ambiente polare

314 314 315 317 317 319 320 321 321 322 323 323 324

il punto su

Biomi di casa nostra n CONCETTI ChIAvE n MAppA CONCETTUALE ESERCIZI •Conoscenze •Osservazioni e analisi LE PAROLE DELLA FISICA E DELLA CHIMICA LE PAROLE DELLA BIOLOGIA LE PAROLE DELLE SCIENZE DELLA TERRA INDICE ANALITICO

325 327 327 328 330 332 333 335 336 7

© IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

S

truttura dell’oPera •Il volume Le vie della ricerca Volume 2 si suddivide in tre grandi Temi che riguardano lo straordinario argomento della vita, analizzata in tutti i suoi aspetti.

Á •Ogni Tema si compone di capitoli numerati progressivamente.

All’inizio di ogni capitolo sono proposti gli obiettivi di conoscenza e quelli relativi a osservazioni e analisi, che rappresentano il momento della verifica sperimentale.

Á

Á •Ogni paragrafo è corredato di schemi, disegni e fotografie che mirano a visualizzare i concetti spiegati.

Quando si rende necessario, un glossario fornisce la spiegazione dei termini tecnici. Tutti i paragrafi sono accompagnati dalla rubrica Guida allo studio, per una verifica immediata della comprensione del testo.

8 © IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

Á

Á

Á

•La spiegazione teorica dei concetti è sempre accompagnata dalla proposta di Attività di verifica o di ricerca e da Esperienze, finalizzate all’acquisizione del metodo sperimentale. Altre esperienze sono presentate nel volume di Laboratorio.

Á

•La rubrica Il punto su propone l’approfondimento di un particolare argomento e solitamente tratta questioni inerenti all’Educazione alla salute o all’Educazione alimentare o ambientale.

Á

•Tutti i capitoli si concludono con i Concetti chiave e con una Mappa da completare per verificare la comprensione generale dei contenuti proposti.

Seguono poi una serie di esercizi di Conoscenza suddivisi secondo Á i paragrafi del capitolo ed esercizi relativi a Osservazioni e analisi che completano il momento di verifica sperimentale di quanto è stato spiegato.

9 © IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

Š IstItuto ItalIano EdIzIonI atlas

Parte Prima

Fisica e Chimica

Capitolo 1 LE FORZE E L’EQUILIBRIO: LA STATICA Capitolo 2 IL MOTO DEI CORPI: LA CINEMATICA Capitolo 3 IL LAVORO E L’ENERGIA Capitolo 4

LO STUDIO DELLE SOSTANZE Capitolo 5 I COMPOSTI ORGANICI Capitolo 6

LE TRASFORMAZIONI DELLE SOSTANZE

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CAPITOLO

1

1Le forze e l’equilibrio:

la statica

Conoscenze

Osservazioni e analisi

• Definire una forza e descrivere gli effetti da essa prodotti.

• Descrivere un dinamometro.

• Descrivere gli effetti di più forze applicate a un corpo.

• Definire la pressione.

• Spiegare il principio di Archimede.

• Indicare la relazione tra il peso di un corpo e il suo galleggiamento.

• Definire quando un corpo è in equilibrio.

• Indicare le condizioni di equilibrio di un corpo sospeso e di un corpo appoggiato.

• Individuare i caratteri distintivi di una forza e saperli rappresentare graficamente.

• Valutare gli effetti di più forze applicate a un corpo.

• Riconoscere alcune applicazioni pratiche della pressione.

• Misurare il valore della spinta idrostatica che agisce su di un corpo.

• Formulare e verificare ipotesi di equilibrio dei corpi.

1

Che cos’è una forza Le immagini della figura 1 mostrano alcune situazioni differenti, ma che hanno un motivo in comune. In tutte le azioni descritte è intervenuta una causa che ha determinato delle modificazioni in un corpo: • l’automobile che era ferma, ha iniziato a muoversi (fig. 1a); • la palla, che era in movimento, si è arrestata (fig. 1b); • la molla, fissata a un sostegno, si è deformata (fig. 1c).

Le cause che hanno provocato queste modificazioni sono le forze.

Una forza è una grandezza fisica che si manifesta attraverso gli effetti che produce sui corpi. Per esempio: • può mettere in moto un corpo in quiete; • può modificare il movimento di un corpo accelerandolo, rallentandolo o arrestandolo; • può deformare un corpo.

1

a

12

b

c

PARTE PRIMA - FISICA E CHIMICA 1. LE FORZE E L’EQUILIBRIO: LA STATICA

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Guida allo studio

Per definire una forza dobbiamo precisare quattro elementi che ci permettono di individuarla, di misurarla e di confrontarla con altre grandezze:

Indica se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F). a. La forza causa lo spostamento di un corpo.

V

• il punto di applicazione, ossia il punto in cui la forza è applicata al corpo considerato; • l’intensità, che è il valore della forza rispetto a un’unità di misura; • la direzione, che è la retta lungo la quale la forza agisce; • il verso, che è il senso in cui la forza muove il corpo.

F

b. Una forza non modifica la forma di un corpo.

Una forza viene rappresentata graficamente con un segmento orientato, cioè con una “punta di freccia” a un’estremità, chiamato vettore (fig. 2).

c. Un vettore è la rappresentazione del valore di una forza.

2

d. La retta lungo cui la forza agisce è il verso.

2.

La forza rappresentata per mezzo di un vettore.

Il punto di applicazione coincide con l’inizio della freccia; la lunghezza del vettore, una volta fissata un’opportuna unità di misura, corrisponde all’intensità della forza; la direzione è la retta che contiene il vettore; il verso è indicato dalla punta della freccia.

Non bisogna confondere la direzione con il verso. Per esempio, la direzione della scrittura è quella delle righe del foglio e il verso è da sinistra a destra.

Assegnata una direzione possibile, i versi sono due: così la direzione dell’autostrada del Sole, che collega Milano con Roma, è una sola ed è sempre la stessa, sia partendo da Milano per raggiungere Roma, sia partendo da Roma per raggiungere Milano; i versi, invece, sono due: Milano-Roma e Roma-Milano.

2

esploriamo le forze La figura 3 mostra alcuni esempi di corpi sottoposti a vari tipi di forze.

Lo zaino viene sollevato sul tavolo grazie alla forza muscolare del ragazzo (fig. 3a).

Quando tendiamo un elastico, avvertiamo che esso esercita sulle nostre dita una forza, detta forza elastica (fig. 3b).

L’automobile si mette in moto grazie alla forza motrice esercitata dal motore (fig. 3c).

Il sasso cade per la forza di gravità, che è la forza con cui la Terra, a causa della sua massa, attira i corpi verso il proprio centro e che agisce in ogni punto della superficie terrestre (fig. 3d).

3

a d c

b

PARTE PRIMA - FISICA E CHIMICA 1. LE FORZE E L’EQUILIBRIO: LA STATICA

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13

4.

A differenza della massa che rimane sempre uguale, il peso varia a seconda della forza di gravità che agisce su di esso.

Sulla Luna la forza di gravità è pari a 1/6 rispetto alla gravità terrestre, per cui il peso risulta sei volte inferiore.

In molti casi le forze agiscono sui corpi che si trovano in contatto reciproco.

Quando, per esempio, vogliamo spostare un mobile facendolo scivolare, c’è contatto tra le mani che spingono e il mobile. In una partita di tennis, c’è contatto tra la pallina e la racchetta, nell’automobile il motore è a contatto con le ruote motrici tramite la frizione.

Vi sono però delle forze, come per esempio la forza di gravità, che sono in grado di agire a distanza.

Per interpretare questo fatto, i fisici dicono che si è in presenza di un invisibile campo di forze: per esempio, la terra genera nello spazio intorno a sé un campo di forza gravitazionale che è sempre pronto ad agire sui corpi che si trovano nella sua “sfera di influenza”.

La forza di gravità che agisce su un corpo non è altro che il peso del corpo stesso e varia a seconda della distanza del corpo dal centro della Terra.

In aereo o in montagna pesiamo qualche grammo in meno che al mare, perché ci allontaniamo dal centro della Terra. Nello spazio interplanetario, il nostro peso arriverebbe praticamente ad annullarsi.

Se sbarcassimo sulla Luna, che ha una massa molto inferiore a quella terrestre, potremmo constatare che il nostro peso si è ridotto di 6 volte (fig. 4).

4

Un’altra forza che agisce a distanza è la forza magnetica, come quella esercitata da una calamita, in grado di attirare un oggetto di ferro situato nelle vicinanze (fig. 5).

Anche la calamita genera intorno a sé un campo di forze detto campo magnetico.

5

5.

La forza magnetica di una calamita che attira una sfera di ferro è un altro esempio di forza che, come quella di gravità, agisce a distanza.

14

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L’attrito Stiamo percorrendo in bicicletta una strada rettilinea con l’asfalto perfettamente liscio, lanciati a piena velocità: se a un certo punto smettiamo di pedalare, la bicicletta prosegue per conto suo, o come si dice per inerzia, per un certo tratto più o meno lungo: nello stesso tempo, rallenta progressivamente fino a che il suo movimento si arresta del tutto.

Evidentemente è intervenuta una forza “frenante” che agisce in senso contrario al moto.

A causa di questa forza, i corpi che si muovono per inerzia sono destinati prima o poi a fermarsi inesorabilmente.

Cerchiamo di chiarire la natura di questa forza con la seguente Esperienza.

e sperienza

Evidenziamo la forza frenante n MATERIALE OCCORRENTE

Una biglia di vetro, un pezzo di cartoncino rigido di dimensioni 10 x 5 cm, una gomma, un metro (a).

a

n PROCEDIMENTO

– Piega ai due lati il cartoncino e segna su di esso una piccola tacchetta vicino a un bordo; sistemalo quindi su un pavimento liscio appoggiando questo bordo sulla gomma, in modo da realizzare un piano inclinato (b).

– Appoggia la biglia sul cartoncino nel punto segnato, quindi lasciala andare e osserva fin dove arriva prima di fermarsi. Segna questo punto e misura la lunghezza del percorso della biglia con il metro.

– Lasciando invariata la pendenza del cartoncino, sistemalo sopra un tappeto e fai rotolare di nuovo la biglia partendo dal punto segnato (c); come nel caso precedente, segna il punto in cui si ferma e misura la lunghezza del percorso con il metro. b

n OSSERVAZIONI

La biglia nei due casi si arresta a distanze differenti dal cartoncino. n CONCLUSIONI

La forza che frena la biglia si chiama attrito. Confrontando le distanze percorse dalla pallina sul pavimento e sul tappeto, possiamo dedurre che l’attrito aumenta con l’aumentare della ruvidità della superficie.

c

L’attrito è una forza che si oppone al movimento di un corpo a contatto con un altro corpo, che può essere una superficie solida oppure un liquido come l’acqua o un gas come l’aria.

Se spostiamo una sedia facendola strisciare sul pavimento, non facciamo eccessiva fatica, ma se su di essa si siede qualcuno, la fatica cresce e, quanto più pesante è la persona seduta, tanto maggiore è la fatica richiesta.

L’attrito dipende dunque anche dal peso del corpo che si muove: più precisamente, aumenta all’aumentare del suo peso.

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15

Guida allo studio

6

Indica se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F).

V

F

a. La forza che esercita il motore di un’auto è la forza magnetica. b. La forza di gravità attira i corpi verso il centro della Terra. c. La forza peso cambia da luogo a luogo. d. L’attrito diminuisce all’aumentare del peso. e. Quando un corpo rotola su un altro l’attrito è volvente.

7

7.

Nel cuscinetto a sfere le due superfici concentriche possono rotolare sulle sferette interposte: in tal modo l’attrito radente è trasformato in attrito volvente.

Osserviamo la figura 6.

Il ragazzo fa più fatica a spostare il bidone se lo fa strisciare, anziché rotolare, perché la superficie a contatto è più estesa e quindi l’attrito è maggiore. Questo tipo di attrito si chiama radente, mentre l’attrito che si incontra facendo rotolare un corpo su un altro si chiama volvente. Sulla stessa superficie, quindi, l’attrito radente è maggiore dell’attrito volvente.

Normalmente si cerca di ridurre l’attrito con accorgimenti diversi.

I cuscinetti a sfere, per esempio, sono dispositivi che permettono di trasformare l’attrito radente in attrito volvente (fig. 7): le due superfici concentriche, invece di strisciare l’una sull’altra, rotolano sulle sferette poste tra esse.

Anche l’uso di sostanze dette lubrificanti, quali oli minerali, vaselina, cera ecc., serve a diminuire l’attrito: esse formano infatti un “velo” oleoso tra le superfici a contatto, in modo da rendere più liscia la superficie di contatto.

Il fenomeno dell’attrito, anche se talvolta è un inconveniente, svolge una funzione fondamentale: permette a tutti di muoversi rimanendo ben aderenti al suolo. Se l’attrito non ci fosse, sarebbe come doversi muovere perennemente su una lastra di ghiaccio molto levigata.

i Le forze fondamentali della natura Le differenti forze che operano nei fenomeni naturali sono riconducibili a quattro tipi detti forze fondamentali: la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole.

La forza gravitazionale è quella che ci è più familiare: il peso di ogni corpo altro non è che la forza di gravità che la Terra esercita su di esso.

La forza gravitazionale tiene reciprocamente avvinti il Sole e i pianeti nel Sistema Solare, così come tiene riuniti insieme i miliardi di stelle che formano ciascuna delle innumerevoli galassie. A loro volta, tutte le galassie che formano l’Universo, pur essendo lontanissime tra loro, risentono della forza di attrazione gravitazionale che esercitano reciprocamente.

16

6.

Facendo rotolare, anziché strisciare, un oggetto pesante, se ne riduce notevolmente l’attrito.

l punto su

Queste osservazioni ci permettono di capire che la forza gravitazionale, anche se è la più debole delle forze fondamentali, ha un vastissimo raggio d’azione.

La forza elettromagnetica è responsabile del legame che unisce il nucleo e gli elettroni nell’atomo e gli atomi tra loro nelle molecole. È questa la forza che rende stabile la struttura dei corpi. La forza elettromagnetica permette di spiegare tutti i fenomeni chimici della materia e anche i fenomeni elettrici e magnetici che sono strettamente collegati tra loro.

La forza nucleare forte è importantissima, perché tiene insieme i quark: uniti in coppie o in triplette, sono i costituenti ultimi dei protoni e dei neutroni che formano i nuclei atomici e di molte altre particelle.

La forza nucleare debole è meno intensa di quella nucleare forte e di quella elettromagnetica ed è responsabile del fenomeno della radioattività naturale, ossia della trasformazione di un nucleo di un atomo in

un altro mediante emissione di particelle.

Attualmente gli scienziati stanno cercando di scoprire se le quattro forze di cui abbiamo parlato sono riconducibili a un’unica “super-forza” che costituirebbe il segreto ultimo della materia.

Guida allo studio Indica se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F). a. La forza gravitazionale ha un piccolissimo raggio d’azione.

V

F

b. La forza che unisce il nucleo e gli elettroni di un atomo è la forza nucleare forte. c. La forza che unisce le particelle elementari dei nuclei atomici è la forza elettromagnetica. d. La forza nucleare debole è responsabile del fenomeno della radioattività naturale.

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13

La misura dell’intensità di una forza La misura della forza non può essere effettuata per confronto diretto con un’unità campione, ma valutando gli effetti che la forza stessa provoca. È proprio l’effetto di deformazione di cui abbiamo parlato nel paragrafo 1 che ci dà l’idea per costruire uno strumento adatto a misurare le forze.

Questo strumento si chiama dinamometro (dal greco dynamis = forza e metron = misura): è costituito da una molla di acciaio a spirale fissata a un’estremità all’interno di un cilindro metallico (fig. 8). L’altra estremità porta una scala graduata e un gancio per appendere gli oggetti.

Sotto l’effetto della forza peso, la molla subisce un allungamento che dipende dalla massa del corpo appeso e che viene misurato dall’indice che scorre sulla scala graduata.

Quando agganciamo al dinamometro un corpo che ha una massa per esempio di 1 kg, diciamo che il dinamometro è stato sollecitato dalla forza di gravità la cui intensità corrisponde a 1 chilogrammo peso (kgp ).

Nel S.I. come unità di misura delle forze, invece del chilogrammo peso si preferisce usare il newton (simbolo N) che equivale al peso di circa 1 ettogrammo (per l’esattezza 102 g).

Possiamo costruire un dinamometro seguendo le indicazioni descritte nell’Esperienza 2.

9 Anche le bilance a molla sono dei dinamometri: la molla, invece di essere tirata verso il basso, viene compressa dall’alto dal peso dell’oggetto da misurare (fig. 9).

8

8.

Schema di un dinamometro.

L’allungamento della molla fornisce una misura indiretta dell’intensità della forza peso.

La bilancia a bracci uguali misura le masse, ma può misurare anche le forze, perché in realtà confrontiamo due forze peso: quella dell’oggetto e quella della massa campione (fig. 10). Quando le due forze sono uguali la bilancia è in equilibrio.

9.

Bilancia a molla.

10.

Bilancia a bracci uguali.

10

Guida allo studio Indica se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F). a. Lo strumento per misurare l’intensità di una forza è il newton.

V

F

b. In una molla, raddoppiando l’intensità della forza peso, l’allungamento raddoppia. c. Una molla si allunga di 2 cm se sottoposta a un peso di 25 N; portando il carico a 75 N, la molla si allungherà di 4 cm.

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17

e sperienza 2

Costruiamo un dinamometro n MATERIALE OCCORRENTE

Una molla a spirale, un gancio robusto, alcuni piccoli pesi da 1 hg e una striscia di carta millimetrata. n PROCEDIMENTO

– Fissa il gancio al muro e appendi ad esso la molla.

– A fianco attacca la striscia di carta millimetrata.

– Appendi all’estremità libera della molla un peso da 1 hg (a).

– Sulla strisciolina di carta millimetrata, segna 1 N nel punto dove arriva l’estremità della molla; aggiungi altri pesi uguali e indica con 2 N, 3 N… le posizioni a cui arriva la molla (b).

– Con i valori trovati, costruisci un grafico riportando in ascissa i pesi e in ordinata i corrispondenti allungamenti della molla. a

b

c

allungamento

n OSSERVAZIONI

Raddoppiando, triplicando … il valore del peso attaccato alla molla, raddoppia, triplica… il valore dell’allungamento della molla. n CONCLUSIONI

Il peso e l’allungamento della molla sono grandezze direttamente proporzionali. Il grafico risultante (c) è infatti una retta passante per l’origine degli assi.

La figura 11 mostra come, con il dinamometro, si può misurare come varia la forza di attrito di un blocchetto di legno al variare del peso che vi è caricato.

11

peso

18

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14

La composizione delle forze A uno stesso corpo possono essere applicate contemporaneamente due o più forze (forze componenti): in questo caso si può considerare che il corpo si trovi sottoposto all’azione di un’unica forza, detta risultante, R, che produce un effetto equivalente all’effetto combinato delle forze componenti.

Si possono verificare alcune situazioni differenti. Vediamole di seguito.

12.

Somma di due forze che hanno verso, direzione e punto di applicazione uguali.

n

Due persone tirano dalla stessa parte un carrello (fig. 12), esercitando la prima una forza pari a 15 kgp (poco meno di 150 N), la seconda una forza pari a 20 kgp (poco meno di 200 N).

12

Se le forze componenti hanno la stessa direzione, lo stesso verso e lo stesso punto di applicazione, la forza risultante ha la stessa direzione e lo stesso verso delle forze componenti e un’intensità pari alla somma delle loro intensità; nel nostro caso R = 35 kgp, poco meno di 350 N. n

13.

Differenza di due forze che hanno direzione e punto di applicazione uguali ma verso opposto.

Due ragazzi fanno una gara di tiro alla fune (fig. 13); nel punto indicato dal fazzoletto sono applicate due forze di verso opposto, per esempio di 15 kgp e di 10 kgp rispettivamente: sulla fune agisce quindi effettivamente una forza di 5 kg, pari alla differenza 15 kgp – 10 kgp.

Il ragazzo che tira “più forte” riuscirà a trascinare verso di sé l’altro ragazzo.

13

14

Se le forze componenti hanno la stessa direzione, ma verso opposto, la forza risultante ha la stessa direzione delle forze componenti, il verso della componente maggiore e un’intensità pari alla differenza tra le intensità delle due componenti.

Se le forze componenti hanno la stessa intensità, si annullano a vicenda (R = 0) rimanendo in equilibrio; nel caso del tiro alla fune, il punto di applicazione non si sposterà dalla posizione iniziale.

14.

Rappresentazione di una coppia di forze.

Ciò non accade se due forze uguali con verso opposto non sono applicate nello stesso punto. Consideriamo il volante di un’automobile (fig. 14). Se con la mano destra si applica una forza diretta verso il basso e con la sinistra una forza di uguale intensità diretta verso l’alto, il volante ruota in senso orario.

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19

In questo caso si esercita su un corpo una coppia di forze o semplicemente coppia, il cui effetto è la rotazione del corpo stesso.

Una coppia di forze, quindi, è l’insieme di due forze di uguale intensità e direzione, ma con verso opposto e punti di applicazione differenti.

La rotazione prodotta da una coppia dipende dall’intensità delle forze e dalla distanza tra i punti di applicazione; in particolare, se si aumenta la distanza tra i punti di applicazione, la velocità di rotazione si riduce, ma diminuisce anche l’intensità delle forze. È per questo motivo che i camion e gli autobus, che sono molto pesanti, hanno volanti molto grandi: aumentando la distanza dei punti di applicazione, il volante ruota applicando una forza meno intensa.

15

Osserviamo ora la figura in cui due uomini tirano un albero con delle funi (fig. 15).

Le forze esercitate hanno lo stesso punto di applicazione ma direzioni diverse: si tratta di forze non allineate o divergenti. Se queste sono sufficientemente intense, l’albero cadrà in mezzo alle due funi e più vicino all’uomo che tira con più forza. In casi come questo, per calcolare l’intensità della forza risultante non è possibile sommare semplicemente le intensità delle forze componenti; occorre invece applicare un procedimento grafico geometrico detto regola del parallelogramma. n

15.

Applicazione della regola del parallelogramma per il calcolo della risultante di due forze divergenti.

Fissato il punto di applicazione e disegnati i vettori delle due forze componenti, si traccia dalla punta di ciascun vettore la parallela all’altro vettore; le due parallele s’incontrano in un punto, formando un parallelogramma: nel caso di due forze divergenti, la forza risultante è data dal vettore individuato dalla diagonale del parallelogramma che ha per lati le due forze; la direzione e l’intensità della risultante sono rappresentate dalla direzione e dalla lunghezza della diagonale, mentre il verso è quello che va dal punto di applicazione al vertice opposto del parallelogramma.

Il tiro con l’arco e il traino di una nave da parte di due rimorchiatori sono altri due esempi in cui la risultante di due forze divergenti si calcola con la regola del parallelogramma (fig. 16).

16

a

Guida allo studio

16.

La forza che agisce sulla freccia e quella che agisce sulla nave sono entrambe le risultanti di due forze divergenti.

Completa le seguenti frasi. a. La risultante di due forze di uguale direzione, ma verso opposto, ha la stessa direzione delle componenti, il verso della componente ....................................................... e intensità pari alla ........................................... tra le intensità delle componenti.

b

b. L’insieme di due forze di uguale intensità e direzione, ma con verso opposto e punti di applicazione differenti è una ............................................................................... . c. La risultante di due forze con lo stesso punto di applicazione ma divergenti, si calcola applicando la .................................... ................................................................................ .

20

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15 17.

Il materasso si deforma di più quando il peso del corpo è tutto concentrato sulla superficie di un piede: in quel punto, infatti, la pressione esercitata sul materasso è molto elevata.

La pressione Un corpo, in virtù del suo peso, quando viene a contatto con altri corpi può esercitare su di essi una “spinta” chiamata pressione: noi stessi esercitiamo una pressione sul suolo attraverso i nostri piedi.

Possiamo visualizzare gli effetti della pressione utilizzando un semplice materassino di gommapiuma.

Proviamo a salire sul materassino prima con un piede solo, poi con due piedi e infine dopo avervi appoggiato una tavoletta di legno (fig. 17).

17

1. sprofonda molto

18

2. sprofonda meno rispetto a 1

3. sprofonda meno rispetto a 2

Osserviamo che la deformazione subita dal materassino è massima quando stiamo con un piede solo ed è minima quando stiamo sopra la tavoletta.

Tutto ciò suggerisce che la pressione aumenta al diminuire della superficie di appoggio.

In effetti, la pressione (P ) è data dal rapporto tra una forza (F ) che agisce perpendicolarmente a una superficie e la superficie (S) stessa; la pressione è cioè una forza che si esercita sull’unità di superficie: forza F P=pressione = = superficie S

L’unità di misura della pressione nel S. I. è il pascal (Pa), pari alla pressione esercitata dalla forza di 1 N su una superficie di 1 m2: 1N 1Pa = 1m 2

Avendo definito la pressione, possiamo meglio comprendere perché affondiamo molto meno nella neve se, anziché camminarvi sopra con gli scarponi, utilizziamo degli sci: il peso del corpo viene infatti ripartito su una superficie maggiore e la pressione esercitata sulla superficie della neve risulta quindi minore (fig. 18).

18.

Con gli sci si affonda meno nella neve perché il peso del corpo si distribuisce su una superficie maggiore: la pressione esercitata sulla neve è minore che non quando si indossano solo gli scarponi.

Nell’immagine la fondista Veronica Cavallar.

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21

1. Una forza è la causa che può mettere in moto un corpo, ar-

5. La pressione è il rapporto tra una forza che agisce per-

restarlo o modificarne il moto, o deformarlo.

Gli elementi che caratterizzano una forza sono: l’intensità, la direzione, il verso e il punto di applicazione. Una forza si rappresenta graficamente con un segmento orientato detto vettore.

pendicolarmente a una superficie e la superficie stessa: è quindi la forza che si esercita sull’unità di superficie; la sua unità di misura nel S.I. è il pascal (Pa).

6. Il principio di Archimede afferma che un corpo immerso in

elastica, la forza motrice, la forza di gravità, l’attrito, la forza magnetica.

Il peso di un corpo è la forza con cui un corpo viene attratto verso il centro della Terra.

Le forze fondamentali esistenti in natura sono: la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole.

un liquido viene spinto dal basso verso l’alto da una forza pari al peso del volume di liquido spostato dal corpo stesso, che dipende dal peso specifico del corpo. Il galleggiamento di un corpo in un liquido si verifica se la spinta che il corpo riceve dal liquido è maggiore del suo peso. I corpi che hanno peso specifico minore di 1gp/cm3, immersi nell’acqua, galleggiano. Anche i corpi immersi in un gas ricevono una spinta verso l’alto, detta spinta aerostatica, pari al peso del volume del gas spostato.

3. Lo strumento che misura l’intensità di una forza è il

7. Il baricentro di un corpo è il punto in cui è applicata la for-

2. Esempi di forze sono la forza muscolare, la forza

dinamometro e l’unità di misura è il newton (N).

4. Le forze si possono comporre e scomporre; la forza equi-

valente a due o più forze componenti che agiscono su un corpo è la risultante.

Se le due forze componenti hanno lo stesso punto di applicazione, ma direzioni differenti la risultante si ottiene applicando la regola del parallelogramma.

Esercizi

Concetti chiave

za peso del corpo. Un corpo è in equilibrio quando la risultante di tutte le forze ad esso applicate è nulla. L’equilibrio di un corpo può essere stabile, instabile e indifferente.

Un corpo appoggiato è in equilibrio stabile quando la verticale condotta dal baricentro cade all’interno della sua base d’appoggio e questa è sufficientemente ampia.

Un corpo sospeso è in equilibrio stabile quando il suo punto di sospensione si trova sopra il baricentro ed entrambi sono sulla stessa linea verticale.

Completa la mappa

può provocare in un

corpo

LA FORZA

movimento

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

di movimento

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

è caratterizzata da punto di ..............................

applicata su una

superficie

determina una

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

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

che si misura in

verso

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

che si misura in ................................ ................................

agente su un corpo se è la combinazione di

immerso in un

è detta

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

più singole ...............................

applicate a un corpo è detta

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

con uno strumento detto

di Archimede

risultante

che può essere equilibrio

stabile

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

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

e in tal caso il corpo è in

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

[applicazione – deformazione – dinamometro – direzione – fluido – forze – indifferente – instabile – intensità – – newton – nulla – pascal – pressione – spinta – variazione] PARTE PRIMA - FISICA E CHIMICA 1. LE FORZE E L’EQUILIBRIO: LA STATICA

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31

Conoscenze

1

CHE COS’È UNA FORZA

Esercizi

1. Completa le seguenti frasi scegliendo i termini corretti tra quelli sotto elencati. a. Una forza è la ...................................... che può mettere in moto un corpo, lo può ……...................…….. o ………..........................................…....... . b. Una forza è rappresentata graficamente da un ........................................................ orientato chiamato ……....................................................… . [arrestare – causa – deformare – segmento – vettore]

2,3 ESPLORIAMO LE FORZE - LA MISURA DELL’INTENSITÀ DI UNA FORZA 2. Scrivi il termine corretto che corrisponde alle seguenti definizioni, scegliendolo tra quelli sotto elencati. a. È la forza dei nostri muscoli.

[...................................................................................]

b. Forza che attira i corpi verso il centro della Terra.

[...................................................................................]

c. Forza frenante.

[...................................................................................]

d. È la forza che tiene unite le particelle elementari dei nuclei atomici. [...................................................................................] e. È l’unità di misura di una forza.

[...................................................................................]

f. È la grandezza che misura l’intensità della forza con cui un corpo è attratto verso il centro della Terra. [...................................................................................] g. È lo strumento che misura l’intensità di una forza.

[...................................................................................]

[attrito – dinamometro – forza nucleare forte – gravità – muscolare – newton – peso]

3. Completa le seguenti frasi scegliendo i termini corretti tra quelli sotto elencati. a. L’attrito aumenta all’aumentare della ……......................................................................della superficie. b. L’attrito aumenta all’aumentare della …....................................................................….. del corpo. c. Quando un corpo striscia su un altro, l’attrito è ……........................................................……….. . d. Quando un corpo rotola su un altro, l’attrito è …….........................................................………… . [massa – radente – ruvidità – volvente]

4

LA COMPOSIZIONE DELLE FORZE

4. Stabilisci se le seguenti affermazioni sono vere (V) o false (F). a. La singola forza che agisce contemporaneamente ad altre su un corpo è detta risultante. b. La forza complessiva che si ottiene dall’azione di più forze su un corpo è detta risultante. c. Forze con la stessa direzione, verso e intensità hanno risultante uguale a zero. d. Forze con la stessa direzione e verso opposto sommano le loro intensità. e. L’insieme di due forze di uguale intensità e direzione, ma con verso opposto e punti di applicazione differenti è una coppia. f. La forza risultante di due forze applicate nello stesso punto, ma non allineate, è data, in direzione, verso e intensità dalla diagonale del parallelogramma che ha per lati le due forze.

32

V

F

o

o

o o o

o o o

o

o

o

o

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Conoscenze

5

LA PRESSIONE

a. Il rapporto tra la ….......................................…… che preme su una superficie e la ………............................……. premuta è la ……...................................… . b. La pressione aumenta al ……........................................……… della superficie premuta. [diminuire – forza – pressione – superficie]

6

Esercizi

5. Completa le seguenti frasi scegliendo i termini corretti tra quelli sotto elencati.

FORZE NEI LIQUIDI: IL PRINCIPIO DI ARCHIMEDE

6. Completa le seguenti frasi scegliendo i termini corretti tra quelli sotto elencati. a. Un corpo immerso in un liquido riceve una …............................…. verso l’alto pari al …........................….. del liquido spostato. Questo è il principio di …..................................................………. . b. La spinta che riceve un corpo immerso in un liquido si chiama ……....................................................…… . c. La quantità di acqua spostata aumenta all’aumentare delle ………...................................….. dell’oggetto immerso. d. Influisce sul galleggiamento anche la ……........................................….. dell’oggetto. e. Un corpo galleggia se il suo …..................................................……… è minore di quello del liquido in cui è immerso.

[Archimede – dimensioni – forma – idrostatica – peso – peso specifico – spinta]

7

LE FORZE E L’EQUILIBRIO DEI CORPI

7. Completa le seguenti frasi scegliendo i termini corretti tra quelli sotto elencati. a. Il centro di gravità o …….............................…… è il punto di applicazione della ……....................................……. di un corpo. b. Nei corpi rigidi omogenei e di forma geometrica il baricentro coincide con il centro di ……................................…….. del corpo. c. In un corpo non omogeneo il baricentro è spostato verso la parte più ..………..................….. del corpo. d. Un corpo è in ………............................……… quando la risultante di tutte le forze ad esso applicate è ……...............................................……. . e. Un corpo può essere in equilibrio …........................................……., instabile, ……........................................……… . f. I corpi appoggiati sono in equilibrio quando la …..........................................................…….. condotta dal baricentro cade all’……......................................…... della base d’appoggio. g. Un corpo sospeso è in equilibrio quando il suo punto di sospensione si trova ....................... ……............................................... il baricentro ed entrambi sono sulla stessa linea verticale. [baricentro – equilibrio – forza peso – indifferente – interno – nulla – pesante – simmetria – sopra – stabile – verticale]

PARTE PRIMA - FISICA E CHIMICA 1. LE FORZE E L’EQUILIBRIO: LA STATICA

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Esercizi

Osservazioni e analisi

1. Completa con i termini opportuni. a. ...................................................... d. ........................................ b. .............................................

c. ....................................

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

2. Osserva i seguenti vettori.

Individua tra essi: a. quelli che hanno lo stesso verso

[..............]

b. quelli che hanno la stessa intensità c. quelli che hanno la stessa direzione

[..............] [.............]

d. quelli che hanno lo stesso punto di applicazione

[..............]

3.

Rappresenta graficamente sulla carta millimetrata riportata sotto:

a. due forze aventi lo stesso punto di applicazione b. due forze aventi la stessa direzione c. due forze aventi lo stesso verso d. due forze aventi la stessa direzione, ma verso opposto e. due forze di cui una ha intensità doppia dell’altra

4. Distingui tra le seguenti forze quelle che agiscono a distanza (D) da quelle che agiscono per contatto (C).

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a. Forza d’attrito b. Forza muscolare c. Forza magnetica d. Forza elastica e. Forza di gravità

[..........] [..........] [..........] [..........] [..........]

f. Forza motrice

[..........]

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