La pressione

1. La pressione Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Attività 1) Premere sul pavimento 2) Tirare per misurare 3) Cambiare il volume dell’aria 4) Misurare la pressione Concetti 1) separazione delle variabili forza e superficie;misure approssimate di superficie; pressione e sue unità di misura 2) relazione tra le variabili forza,superficie, volume e pressione; la misura della pressione 3) relazione tra le variabili forza,superficie, volume e pressione; la misura della pressione 4) relazione tra le variabili forza,superficie, e pressione 1) Le impronte 2) La siringa 3) Boyle 4) Il palloncino “schiacciato” V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica Sperimentale, Università di Torino “S.I.S. – Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico - Matematico - A. A. 2006 – 2007” La pressione-1

2. La pressione Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Consegna: tutto quello che si può fare con sabbia, siringhe, elastici, bottigliette …. • Occhiello pressione • per applicare una forza all'acqua o all'aria, oppure a un solido plastico o granulare è necessario spingere su una certa superficie; alcuni esempi: • l'impronta lasciata da un oggetto sulla sabbia umida è più profonda se lo si appoggia sulla faccia che ha la minor superficie • si sprofonda di meno nella neve fresca se si usano delle racchette da neve, che hanno una superficie maggiore • in questi casi ciò che importa è la pressione, cioè la forza che si esercita su ogni singola unità di superficie; ad esempio, con una superficie doppia, occorre raddoppiare anche la forza per avere la stessa pressione • l’unità di misura della pressione nel sistema SI è il pascal (simbolo Pa), che è la pressione della forza di 1 N su una superficie di 1 m2 1 Pa è pari alla forza di 1 N su una superficie di 1 m2 la pressione atmosferica è pari a circa 105 Pa (100000 Pa) • La pressione nei fluidi • in un fluido, la pressione si trasmette invariata a tutti i punti e in tutte le direzioni fino alle pareti del recipiente (legge di Pascal) • in un gas, se si aumenta la pressione diminuisce il volume(legge di Boyle) • in un fluido, la pressione aumenta con la profondità (legge di Stevino) • un fluido si muove dai punti a pressione maggiore verso quelli a pressione minore • La spinta di Archimede • un oggetto immerso in un fluido riceve una spinta diretta verso l'alto pari alla forza-peso del fluido spostato • un oggetto immerso in acqua è perciò "più leggero", perché la spinta dell'acqua va a sottrarsi alla forza di gravità • l'oggetto galleggia se sposta, quando è immerso, un volume di acqua tale che la forza-peso dell'acqua spostata è pari alla sua propria forza-peso La pressione-2

3. Le impronte Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti:una vaschetta contenente sabbia umida, oggetti di forma regolare, righello, un foglio di carta quadrettato, bilancia pesapersone • Attività: 1) sulla sabbia • misurare le superfici delle diverse facce su cui gli oggetti possono essere appoggiati • spianare la superficie della sabbia nella vaschetta, appoggiarvi su gli oggetti e osservare le impronte create • girare gli oggetti sui diversi lati e osservare come variano le impronte, premendo con la mano sull'oggetto per vedere quanto è facile/difficile creare un'impronta profonda • mettere la vaschetta sulla bilancia pesa-persone e misurare la forza applicata quando si preme con l’oggetto nelle varie posizioni, usando il fattore di conversione da kg a N • 2) sul pavimento • salire sulla bilancia, pesarsi e convertire in N il proprio peso • appoggiare una scarpa sulla carta e tracciarne il contorno • ricavare la superficie della sagoma disegnata e misurarla contando i quadretti racchiusi dalla spezzata. • alternativamente tracciare una spezzata che passa tutta all'interno e contare il numero di quadretti interni ("per difetto"), poi tracciare la spezzata esterna e contare nuovamente ("per eccesso"); fare la media fra i due conteggi (in ogni caso la superficie va sempre espressa come numero e unità di misura!) • calcolare il rapporto tra forza-peso e superficie • Aspetti didattici: • la profondità dell'impronta come effetto del far forza sulla sabbia • - misurazioniper difetto e per eccesso Attacco e interdisciplinarietà: - attività ludiche - educazione motoria • Riferimenti: • - G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999 • - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 • - S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico • www.iapht.unito.it • Concetti: • separare le variabili: forza, superficie, pressione • la pressione come forza che si esercita sulla singola unità di superficie • relazioni di proporzionalità tra forza e superficie • unità di misura della pressione nel sistema SI: il pascal è la pressione della forza di 1 N su una superficie di 1 m2 La pressione-3a

4. Le impronte • La fisica: • separare le variabili: forza, superficie, pressione • la pressione come forza che si esercita sulla singola unità di • superficie • relazione di proporzionalità diretta tra pressione e forza: • maggiore è la forza, maggiore è la pressione che si riesce ad applicare a parità di superficie • relazione di proporzionalità inversa tra pressione e superficie: maggiore è la superficie, minore è la pressione che si riesce ad applicare a parità di forza • unità di misura della pressione nel sistema SI: il pascal è la pressione della forza di 1 N su una superficie di 1 m2 • Contesto: • la conduzione di attività ludiche con la sabbia è consigliata a tutti i livelli, prima di introdurre il concetto di pressione e come raccordo con la scuola elementare e dell’infanzia • - osservazioni più impegnative e misure più raffinate vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore La pressione-3b

5. La siringa Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti:alcune siringhe tipo “usa e getta” senza ago, del pongo, un elastico tarato o un dinamometro o bottiglie piene di acqua • Attività: • misurare il diametro dello stantuffo di ciascuna siringa e calcolarne la superficie • provare a premere e poi estrarre lo stantuffo, per convincersi che è molto facile • con lo stantuffo premuto a fondo, tappare il foro di uscita con del pongo: sarà molto più difficile estrarre lo stantuffo e, se la siringa è grossa, sarà quasi impossibile • attaccare allo stantuffo un elastico tarato ed estrarre lo stantuffo tirando attraverso l'elastico, misurando così la forza applicata • calcolare la pressione • ripetere con una siringa di diversa capacità e confrontare i risultati Attacco (spunti e continuità): - attività ludiche Sicurezza Utilizzando elastici e siringhe, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap • Concetti: • separare le variabili: forza, superficie, pressione • la pressione come forza che si esercita sulla singola unità di superficie • relazioni di proporzionalità tra forza e superficie • unità di misura della pressione nel sistema SI: il Pascal è la pressione della forza di 1 N su una superficie di 1 m2 • la pressione atmosferica è pari a circa 105 Pa • Riferimenti: • www.iapht.unito.it • Aspetti didattici: • per applicare una forza all'aria, è necessario spingere su una certa superficie • per calcolare la pressione, si misurano la forza F e la superficie S e si calcola il loro rapporto La pressione-4a

6. La siringa • La fisica: • separare le variabili: forza, superficie, pressione • la pressione come forza che si esercita sulla singola unità di superficie • relazione di proporzionalità diretta tra forza e superficie: maggiore • è la superficie, maggiore è la forza che occorre applicare a parità di • pressione • unità di misura della pressione nel sistema SI: il pascal è la pressione della forza di 1 N su una superficie di 1 m2 • la pressione atmosferica è pari a circa 100.000 pascal • nota bene: nel caso della siringa, la pressione che agisce sullo stantuffo dall’esterno è la pressione atmosferica, che è molto alta, mentre la pressione interna è molto piccola (trascurabile) e diminuisce ulteriormente man mano che si estrae lo stantuffo per la legge di Boyle (pV=costante, per cui, aumentando il volume, diminuisce la pressione); la differenza fra la pressione esterna e quella interna, moltiplicata per la superficie dello stantuffo, è pari alla forza che occorre applicare per estrarre lo stantuffo Contesto: - la conduzione dell’ attività a livello ludico e qualitativo è fattibile a tutti i livelli - osservazioni più impegnative e misure più raffinate vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore La pressione-4b

7. La pressione e la legge di Boyle Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti: siringa da 20 cc, pongo, bilancia da cucina o bilancia pesapersone • Attività: • Misurare il diametro interno della siringa e calcolare l’area; • far entrare nella siringa 20 cc di aria, poi sigillare con il pongo il foro di uscita • mettere la siringa sulla bilancia pesapersone tenendola verticale e premere sullo stantuffo fino a ottenere un volume di 15 cc circa; leggere sulla bilancia il “peso”; • convertire il valore in newton e calcolare la pressione esercitata dividendo per l’area prima calcolata; • aggiungere alla pressione così calcolata la pressione atmosferica, che potete approssimare a 100 kPa, e calcolare la pressione totale; • ripetere la misura con volumi di 10 e 5 cc; • costruire il grafico pressione-volume. • Concetti: • Forza, superficie, volume, pressione • il grafico pressione-volume • La legge di Boyle • Interdisciplinarietà e continuità: • volumi che variano Riferimenti: - M. Palladino Bosia – Fisica in laboratorio, Petrini Editore - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 - www.iapht.unito.it • Aspetti didattici: • usare la bilancia come dinamometro e ribadire la differenza tra massa e forza peso; • Il volume di un gas come grandezza che si può cambiare giocando sulla pressione • il concetto di pressione • rappresentazioni grafiche La pressione-5a

8. La pressione e la legge di Boyle • La fisica: • esprimere la misura di volume e di superficie con numero e unità di misura • -unità di misura della forza e conversione da unità di massa a unità di forza; esprimere la misura di forza con numero e unità di misura • la pressione come rapportotra forza e superficie a cui la forza è applicata; • La pressione atmosferica è sempre presente e va sommata alla pressione esercitata per ottenere la pressione totale • -il grafico pressione in funzione del volume: i punti stanno su un ramo di “iperbole”: il volume è cioè inversamente proporzionale alla pressione • -unità di misura della pressione: • pascal=newton/m2 • Contesto: • la conduzione qualitativa dell’attività è fattibile a tutti i livelli, • Misure, calcoli e rappresentazione grafica dei dati raccolti è consigliata in una terza media, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore La pressione-5b

9. La pressione nel palloncino Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti:un palloncino di gomma, una lastra di plexiglas trasparente, lucido su carta quadrettata, bilancia pesapersone, alcool. • Attività: • gonfiare il palloncino e provare a schiacciarlo dall'alto usando la lastra di plexiglas trasparente • osservare come si allarga o restringe la superficie di contatto quando si aumenta o si diminuisce la forza con cui si preme sulla lastra • provare anche a variare la pressione nel palloncino, gonfiandolo di meno o di più, e confrontare le osservazioni con quelle fatte in precedenza (per facilitare l'osservazione, spruzzare un po' di alcool sulla lastra nella zona di contatto) • mettere poi il palloncino sulla bilancia pesapersone, in modo da poter misurare la forza che viene applicata e sovrapporre alla lastra di plexiglas il lucido quadrettato in modo da poter misurare la superficie • calcolare la pressione esercitata sul palloncino • ripetere, variando la forza e lo stato del palloncino (più o meno gonfio) Attacco (spunti e continuità): - attività ludiche Sicurezza Utilizzando palloncini gonfiabili, si presti particolare attenzione nella eventuale presenza di ragazzi non ancora rispettosi delle regole e/o di certi tipi di handicap • Concetti: • in un fluido, la pressione si trasmette a tutti i punti e in tutte le direzioni fino alle pareti del recipiente (legge di Pascal) • se la pressione non cambia, aumentando la forza aumenta la superficie su cui la forza è applicata • misura della pressione e sue unità di misura (SI): il pascal è la pressione della forza di 1 N su una superficie di 1 m2 • Riferimenti: • www.iapht.unito.it • Aspetti didattici: • per applicare una forza all'acqua o all'aria, è necessario spingere su una certa superficie • per calcolare la pressione, si misurano la forza F e la superficie S e si calcola il loro rapporto La pressione-6a

10. La pressione nel palloncino • La fisica: • separare le variabili: forza, superficie, pressione • la pressione come forza che si esercita sulla singola unità di superficie • relazione di proporzionalità diretta tra forza e superficie: maggiore • è la forza con cui si schiaccia, maggiore è la superficie che si crea • al contatto palloncino-lastra • unità di misura della pressione nel sistema SI: il pascal è la pressione • della forza di 1 N su una superficie di 1 m2 • nota bene: in un palloncino gonfio, la pressione interna pinternaè leggermente superiore alla pressione atmosferica patmosf , che è pari a circa 100.000 pascal(quanto basta per tenere il palloncino gonfio vincendo l’effetto della tensione della gomma). Premendo sulla lastra di plexiglas con una forza F distribuita su una superficie S, si crea una pressione aggiuntiva pagg=F/S che, sommata a patmosf, deve equilibrare pinterna. Per misurare F si usa la bilancia, ricordando che occorre convertire il valore segnato dalla bilancia da kg a newton; da F e S si calcola pagg e si può quindi vedere di quanto la pressione interna è maggiore di quella esterna. Per un calcolo preciso, occorrerebbe anche tenere conto che, premendo, si riduce leggermente il volume V del palloncino e la pressione interna aumenta un po’. Contesto: - la conduzione dell’ attività a livello ludico e qualitativo è fattibile a tutti i livelli - osservazioni più impegnative e misure più raffinate vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore La pressione-6b