Lezione 10

1. Lezione 10 Lavoro ed energia

2. Costi energetici • L'energia, dicono, si "conserva”, ma occorre risparmiarla! • Le forme utili di energia costano: • Energia elettrica – bolletta • Energia chimica dei combustibili-benzina, metano • Energia chimica dei cibi-fare la spesa • Non è possibile misurare in modo univoco l'energia in assoluto. È possibile misurarne le variazioni. • Unità di misura: • nel SI, l'unità di misura dell'energia è il joule (simbolo J): 1 J è il lavoro fatto dalla forza di 1 N per uno spostamento di 1 m • Ma quant’è 1 J? • P.es. bambino di 20 kg sale un piano di scale (altezza 3m) consuma almeno 200Nx3m=600J • In realtà ne consuma molti di più: il costo energetico della sua attività è di almeno 600+1200=1800J, la resa energetica è 600J/1800J=0,3 Lavoro ed energia

3. La misura dell’Energia • Un‘altra unità molto usata soprattutto per misurare il calore trasferito è lacaloria (simbolo cal): occorre 1 cal per far aumentare di 1 grado centigrado la temperatura di 1 g di acqua • 1cal è circa uguale a 4J (esattamente 4,186 J) • Un'altra unità, molto usata per le "macchine", è ilkilowattora (kWh): è l'energia erogata da una macchina della potenza di 1 kW in un'ora (3600 secondi) Lavoro ed energia

4. Potenza Es: un impresario edile vuole portare un carico di mattoni in cima ad un edificio. E' facile calcolare il lavoro richiesto. Ma l'impresario e' molto piu' interessato all rapidita' con cui puo' spostare il carico. Richiedera' 5 min (accettabile) o una settimana (inaccettabile) Tutto dipende dalla potenza dell'argano Lavoro ed energia

5. Potenza Lavoro ed energia

6. Energia e potenza • In molti casi non è solo importante sapere quanta energia viene erogata, ma anche in quanto tempo ciò avviene • Es. due bambini di 20kg, lo stesso piano di scale, uno impiega mezzo minuto, l’altro un minuto. • L'energia erogata nell'unità di tempo viene chiamatapotenza • L'unità di misura della potenza è ilwatt, che è pari all'energia di 1 J erogata in 1s • “Alta potenza" significa capacità di erogare molta energia a un ritmo elevato, cioè in un tempo breve • Nelle macchine: auto, elettrodomestici, lampadina, ecc. • Quant’è 1 W? Bambino che eroga ca. 1800 J in 30 secondi => potenza=60Watt (come una lampadina) Lavoro ed energia

7. Lezione 10 Lavoro ed energia

8. Prima classe – primo biennio • L’energia nella nostra vita • riconoscere il ruolo del Sole come prima fonte di energia • cominciare ad interrogarsi sul significato dell'energia nei riguardi della loro vita collegandola il con cibo, il riscaldamento, l'elettricità… • confronto tra l’uso domestico di fonti di energia del passato e del presente (chiedendo a persone anziane) • L’aria e l’acqua in movimento, come fonti di energia (energia del vento, dell’acqua) Lavoro ed energia

9. Secondo biennio • Magneti e pile come fonti di energia • Alcune forme di energia come fonte di movimento • Energia sonora e luminosa • Relazione tra luce/calore e suono/vibrazione • Sorgenti di luce (primarie e secondarie); il Sole come fonte di energia • Riflessione e rifrazione • Altre proprietà della luce • Il calore come “agente” energetico necessario ai passaggi di stato • Le macchine per muovere o sollevare carichi • In collegamento con studi sul clima: • Riscaldamento dei fluidi e moti convettivi • Scelta di materiali per costruzione, abbigliamento, ecc in funzione delle loro proprietà di conduzione o isolamento termico Lavoro ed energia

10. Altre considerazioni didattiche • I riferimenti all'energia saranno diffusi e diluiti nel corso dei mesi e/o degli anni • Interesseranno materie e docenti diversi ed è importante che esistano continuità verticale e accordo trasversale sulle questioni fondamentali e sul modo di riferirsi ad essa • energia solare, luminosa, • elettrica, nucleare; • contenuto energetico dei cibi; • fabbisogno energetico giornaliero, ecc Lavoro ed energia

11. Fdito-elastico Fbastoncino-elastico Felastico-dito Fbastoncino-mano Fmano-bastoncino … dall’oggetto al concetto • formalizzare in modo iconico • l’interazione fra due corpi • chi “applica” la forza e chi la “subisce” • il “nome delle forze” • la direzione • azione e reazione • la forza che si trasmette Lavoro ed energia

12. … ma non è solo questione di forza il risultato che si vuole ottenere non dipende solo dalla forza che si esercita ma anche dall’allungamento dell’elastico .. .. e allora si “inventa” il concetto di .. prima dopo forza energia Lavoro ed energia

13. livelli superiori di astrazione: la correlazione fra la grandezza fisica e oggetti o fenomeni osservabili o intuibili è ancora più indiretta …  l’energia appartiene a quest’ultimo livello Lavoro ed energia

14. Il concetto di energia L’energia è una grandezza fisica “costruita” teoricamente perché utile ed economica • Le caratteristiche che rendono l’energia un concetto utile ed economico: • ha forme diverse • si può trasformare da una forma all’altra • può essere trasferita da un oggetto all’altro • può essere immagazzinata • passando e trasformandosi l’energia fa cose utili • si conserva • si degrada Lavoro ed energia

15. esempi dalla meccanica La giostra a gravità: • trasformare • trasferire • immagazzinare Lavoro ed energia

16. esempi dalla meccanica la catapulta: • trasformare • trasferire • immagazzinare Lavoro ed energia

17. esempi dalla meccanica il bottone sempre in moto: • trasformare • trasferire • immagazzinare Durante la messa in rotazione iniziale si accumula energia principalmente nell’avvolgimento del cordino (è sostanzialmente energia di tipo elastico). Tendendo il cordino, quest’ultima viene trasformata in energia di movimento rotatorio del bottone, che viene poi ritrasformata in energia di avvolgimento elastico del cordino, e così via. Il leggero movimento impresso dalle mani per rilasciare leggermente la tensione sul cordino in modo da facilitare il riarrotolamento, e quello successivo di applicare nuovamente la tensione per farlo srotolare, servono a comunicare una piccola energia al sistema cordino-bottone, che è sufficiente per vincere gli attriti, per cui il gioco può continuare all’infinito. Perché questo succeda occorre però una buona sincronizzazione! Lavoro ed energia

18. esempi dalla meccanica il barattolo che torna indietro: • trasformare • trasferire • immagazzinare mettere in moto il barattolo provando a farlo rotolare lentamente su un piano; esso rallenterà, si fermerà e invertirà il moto; con un piano liscio possono essere osservate due o tre inversioni del verso del moto. Lavoro ed energia

19. esempi dalla meccanica la motocicletta: • trasformare • trasferire • immagazzinare Lavoro ed energia

20. esempi dalla meccanica il razzo sulla bottiglia: • trasformare • trasferire Lavoro ed energia

21. Fonti • www.iapht.unito.it/giocattoli/fiore/energia.html • www.iapht.unito.it\corso\energia.html • www.iapht.unito.it\giocattoli\index_gio.html Lavoro ed energia