OGGETTI E CONCETTI: la pressione

1. OGGETTI E CONCETTI: la pressione Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 • separazione delle variabili F e S • misure approssimate di superficie • pressione e sue unità di misura Premere sulla sabbia e sul pavimento Le impronte • separazione delle variabili F e S • pressione e sue unità di misura La siringa Tirare per misurare Misurare la pressione nel palloncino • separazione delle variabili F e S • pressione e sue unità di misura Il palloncino “schiacciato” Il palloncino sulla bottiglia • pressione nei fluidi • il volume occupato dall’aria Spostare l’aria • differenza di pressione associata alla posizione e al moto dell’acqua Gli zampilli intelligenti Forare per produrre getti • pressione nei fluidi e leggi relative • il volume occupato dall’aria Il diavoletto di Cartesio Affondare o galleggiare • differenza di pressione associata alla posizione e al moto dell’acqua Vasi comunicanti Travasare i liquidi D. Allasia, V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica Sperimentale, Università di Torino “S.I.S. – Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico - Matematico - A. A. 2003 – 2004” P-1

2. La pressione : 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 fra 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 (dove, come e per chi): • - G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999 • - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C) • - S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico (A) • www.iapht.unito.it (L • 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 P-2

3. La pressione: 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 (dove, come e per chi): • www.iapht.unito.it (L) • 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 P-3

4. La pressione: 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 (dove, come e per chi): • www.iapht.unito.it (L) • 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 P-4

5. La pressione: il palloncino sulla bottiglia Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti:un palloncino e una bottiglietta di plastica • Attività: • riempire la bottiglietta di acqua sino circa a metà • assicurare il palloncino all’imboccatura • premere vicino al fondo della bottiglietta e osservare • Concetti: • la pressione si propaga quasi istantaneamente dalla zona in cui viene applicata a tutto il volume occupato dal fluido e in tutte le direzioni (legge di Pascal) • volume di un liquido e volume di un gas • la variazione di pressione fa spostare il fluido • Attacco (spunti e continuità): • attività ludiche • analisi di un giocattolo (“la rana che tira fuori la lingua”) • Riferimenti (dove, come e per chi): • - G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999 • - S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico (A) • www.iapht.unito.it (L) • Aspetti didattici: • volume e incomprimibilità in un fluido • il ruolo della pressione: • - perché l’aria si è spostata dalla bottiglietta al palloncino (pressione dinamica), • - quanto vale la pressione alla fine (pressione statica) P-5

6. La pressione: gli zampilli intelligenti Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti:delle bottigliette di plastica, possibilmente di diverse capacità, e delle vaschette • Attività: • aprire un foro sulla parete laterale, vicino al fondo in ogni bottiglietta (i fori debbono essere molto simili fra di loro, per poter confrontare gli zampilli) • riempire di acqua la bottiglietta, tenendo il foro chiuso con un dito, poi tapparla • spostarla in modo che la bottiglia stia sopra la vaschetta e togliere il dito dal foro • riempire nuovamente la bottiglietta, come prima, ma ora, dopo essersi spostati sopra la vaschetta e aver tolto il dito dal foro, si sviti il tappo • riempire poi tutte le bottiglie fino allo stesso livello e confrontare fra di loro gli zampilli di bottiglie di dimensioni diverse • Attacco (spunti e continuità): • attività ludiche • attività sportive (nuoto subacqueo) • Concetti: • la forza dovuta alla pressione è perpendicolare alla superficie di uscita • il movimento avviene dai punti in cui la pressione è maggiore a quelli in cui è minore • in un fluido, la pressione aumenta con la profondità (legge di Stevino) • Riferimenti (dove, come e per chi): • - S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di Laboratorio Scientifico (A) • www.iapht.unito.it (L) • Aspetti didattici: • a parità di livello dell'acqua, tutti gli zampilli sono uguali • la pressione aumenta con la profondità dell’acqua • occorre una differenza di pressione per far spostare l’acqua P-6

7. La pressione: il diavoletto di Cartesio Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti:una bottiglia di plastica da mezzo litro e il cappuccio di una penna a sfera (preferibilmente trasparente). • Attività: • fissare al cappuccio due clips per renderlo pesante • riempire la bottiglia di acqua e immergere verticalmente il cappuccio: se la grandezza del cappuccio e il peso delle clips sono corretti, il cappuccio galleggerà. • tappare la bottiglia: se si comprime la bottiglia il “diavoletto” affonda, se si lascia la presa, esso sale in superficie e galleggia • esercitarsi a bloccare il diavoletto a metà strada durante la discesa o la risalita • Attacco e interdisciplinarietà • scoprire la “magia” che permette di pilotare dall’esterno il diavoletto • vesciche natatorie dei pesci • Concetti: • perché un corpo galleggi, occorre che la spinta dovuta all’acqua “spostata” eguagli la forza peso (legge di Archimede) • 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) • Riferimenti (dove, come e per chi): • -" S.M.S. Nicoli, Settimo Torinese ( mostra didattica "Giochiamo con la Scienza" 1999) • www.iapht.unito.it (L) • Aspetti didattici: • galleggiamento • la pressione nei viventi P-7

8. La pressione: i vasi comunicanti Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti:tre bottigliette di plastica da 1/2 litro, un chiodo caldo, due pezzi di un tubo di gomma flessibile, acqua • Attività: • aiutandosi con il chiodo caldo, praticare nella parete laterale di due bottigliette, un foro di qualche mm di diametro e forzatevi dentro uno dei capi dei due tubi di gomma in modo che faccia buona tenuta. • nella terza bottiglietta praticare un foro laterale e uno sul fondo • in essi vanno forzati i due estremi liberi dei tubi • versare acqua in una qualunque delle bottiglie e osservare come fluisce verso le altre • cercare di spiegare le osservazioni alla luce delle leggi dei fluidi (Pascal, Stevino) • Attacco e interdisciplinarietà • travaso del vino (ed. tecnica) • Concetti: • il movimento avviene dai punti in cui la pressione è maggiore a quelli in cui è minore • in un fluido, la pressione aumenta con la profondità (legge di Stevino) • Riferimenti (dove, come e per chi):- • - M. Palladino Bosia – Fisica in laboratorio, • Petrini Editore (A) • www.iapht.unito.it (L) • Aspetti didattici: • occorre una differenza di pressione per far spostare l’acqua P-8