OGGETTI E CONCETTI: volume, massa e densità

1. OGGETTI E CONCETTI: volume, massa e densità Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 • lo spazio occupato in 3 dimensioni • unità di misura del volume Barattoli e bottiglie Tarare un recipiente Misurare volumi con un recipiente tarato Sassi, sabbia e sale • il volume si conserva? Misurare il volume dell’aria Lo spirometro “fai da te” • anche l’aria occupa spazio Misurare e correlare volumi e masse • misure di massa e di volume • unità di misura della densità • proporzionalità diretta La densità della sabbia Correlare volumi e masse in immersione • misure di massa e di volume • unità di misura della densità • proporzionalità inversa Zavorre e galleggiamento Misurare e correlare volumi e masse • significato di una relazione di proporzionalità diretta Il densimetro 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”

2. Volume, massa e densità: barattoli e bottiglie 6 h6 5 h5 4 h4 3 h3 2 h2 1 V h1 Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti: barattoli o bottigliette da tarare, piccoli recipienti (bicchieri di carta e/o misurini), cilindro graduato, nastro adesivo • Attività: • scegliere un piccolo recipiente come campione di misura, • riempirlo di acqua e versarlo nel recipiente, • ripetere l’operazione segnando ogni volta il livello raggiunto, • indicare il numero di riporti e l’unità di misura. • Concetti: • il volume come spazio occupato in tre dimensioni • unità di misura del volume arbitrarie/convenzionali, sistema di unità SI • procedura di taratura (strumento “muto” e strumento graduato) • volume e capacità Interdisciplinarietà e continuità: - giochi di travaso (materna, elementare) Riferimenti (dove, come e per chi): - G. Meraviglia, A. Pallotti – Oggetti – Laboratorio minimo di Mario Lodi, Editoriale Scienza, Trieste, 1995 (C) - 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) • Aspetti didattici: • i criteri di scelta dell’unità di misura del volume • lo strumentotarato permette di risalire al valore della grandezza fisica che interessa leggendo direttamente un'altra grandezza fisica

3. Volume, massa e densità: sassi, sabbia e sale 10 10 9 9 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti: campioni di materiali diversi (sassi e polveri) • Attività: • riempiredi acqua fino a un certo livello il recipiente tarato e leggere il volume di acqua • immergerel'oggetto e leggere il nuovo volume • calcolare la differenza fra i volumi • esprimereil volume come numeroeunitàdimisura • Concetti: • il volume si conserva? • utilità di un modello per capire i casi in cui il volume non sembra si conservi • il volume e il modello di materia Interdisciplinarietà e continuità: - giochi di travaso (materna, elementare) Riferimenti (dove, come e per chi): - G. Meraviglia, A. Pallotti – Polveri e liquidi – Laboratorio minimo di Mario Lodi, Editoriale Scienza, Trieste, 1995 (C) - 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) • Aspetti didattici: • che cosa è veramente “lo spazio occupato” • lo strumentotarato permette di compiere misure di volume

4. Volume, massa e densità: lo spirometro “fai da te” Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti: un bottiglione tarato (capacità 5 litri), una pentola, un tubo di plastica, cannucce da bibita • Attività: • riempire il bottiglione di acqua sino all’orlo e tapparlo • capovolgerlo nella pentola, nella quale è stata versata dell’acqua in modo da creare sul fondo uno strato di alcuni centimetri • togliere il tappo e introdurre una estremità del tubo di plastica dentro il collo del bottiglione, badando di mantenere sempre sotto acqua l’imboccatura del bottiglione e lasciando pendere l’altra estremità fuori dalla pentola • inserire una cannuccia (personale!) all’estremità del tubo e soffiare • Interdisciplinarietà e continuità: • ed. sanitaria, ed. musicale ( anatomia e studio • dell’apparato respiratorio) • ed. fisica (spirometria) • Concetti • anche l'aria occupa spazio • l’impenetrabilità dei corpi: il volume di aria rimpiazza quello dell’acqua nella bottiglia Riferimenti (dove, come e per chi): - L. Pizzorni – Il manuale del giovane scienziato - Fabbri Editori, 1984 (C) - 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) • Aspetti didattici: • che cosa è veramente “lo spazio occupato” • lo strumentotarato permette di misurare la capacità polmonare

5. Volume, massa e densità: la densità della sabbia Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti:bilancia, bottiglietta di plastica tarata, materiali vari (sabbia, …) • Attività: • versare nella bottiglietta tarata una certa quantità di sabbia • misurarne il peso (netto) e il volume • calcolare la densità • riflettere: …… è questa la “vera” densità della sabbia? • se no, come si potrebbe misurarla? • ripetere la misura con diverse quantità di sabbia e costruire il grafico massa-volume • costruire lo stesso grafico per l’acqua e metterli a confronto • Concetti • il concetto di massa, come quantità di materia di un corpo • la densità come risultato di correlazione tra massa e volume • unità di misura della densità (sistema SI) • la densità come caratteristica della sostanza di cui è fatto il corpo • Attacco (spunti e continuità): • le “formine” di sabbia Riferimenti (dove, come e per chi): - L. Pizzorni – Il manuale del giovane scienziato - Fabbri Editori, 1984 (C) - 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) • Aspetti didattici: • massa e peso: che parola usare? • la massa come “invariante” di ogni corpo • la proporzionalità diretta • la densità e un semplice modello di materia • costruire un grafico che visualizzi la relazione di proporzionalità diretta

6. Volume, massa e densità: zavorre e galleggiamento Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti:barattoli e cilindri in cui versare il liquido da esaminare, bottigliette di plastica, materiali vari (sabbia, …), nastro adesivo, cilindri graduati …. • Attività: • tagliare il fondo di una bottiglietta di plastica e tararla, utilizzando il cilindro graduato • mettere nella bottiglietta una certa quantità di sabbia o di altro materiale e misurarne il volume • riempire d’acqua il contenitore e immergere la bottiglietta precedentemente preparata, tenendola verticale (se necessario, variare la quantità di zavorra in modo da vedere bene la parte immersa della bottiglietta senza che questa tocchi il fondo) • misurare il volume dell’acqua spostata e calcolare la densità relativa della zavorra • Attacco (spunti e continuità): • esperienze sul galleggiamento • Concetti • spinta di Archimede: la spinta verso l’alto è pari alla forza-peso del liquido spostato, che è pari alla forza-peso dell’oggetto dato che l’oggetto galleggia; • la densità relativa come risultato del confronto tra volume del liquido spostato e volume dell’oggetto (sabbia o altro materiale) • la densità e il modello di materia Riferimenti (dove, come e per chi): - L. Pizzorni – Il manuale del giovane scienziato - Fabbri Editori, 1984 (C) - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C) - G. Rinaudo et al. – Dossier Scienze (Piano Pluriennale di Aggiornamento sui Nuovi Programmi per la Scuola Elementare), IRRSAE Piemonte, SEI, 1989 (A) - www.iapht.unito.it (L) • Aspetti didattici: • la densità come “caratteristica di una sostanza” • la relazione di proporzionalità inversa

7. Volume, massa e densità: il densimetro Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica - classe A059 Oggetti: una bottiglietta di plastica tarata dall’alto verso il basso, un contenitore trasparente, sabbia, liquidi vari, bilancia • Attività: • versare circa 200 g di sabbia nella bottiglietta tarata, tapparla e pesarla • metterla capovolta nel recipiente trasparente, • versare nel recipiente il liquido di cui si vuole misurare la densità, fino a quando la bottiglietta si solleva e galleggia, • controllare che il livello indicato sulla bottiglietta a cui arriva il liquido esterno non cambia più e leggere il volume del liquido spostato • Concetti • spinta di Archimede: la spinta verso l’alto è pari alla forza-peso del liquido spostato, che è pari alla forza-peso dell’oggetto se l’oggetto galleggia; • la densità come risultato di correlazione tra massa (del liquido spostato, che è pari alla massa del bottiglietta con sabbia) e volume del liquido spostato, • unità di misura della densità, sistema di unità SI • Aspetti didattici: • la relazione di proporzionalità diretta • la densità come “caratteristica di una sostanza” Riferimenti (dove, come e per chi): - L. Pizzorni – Il manuale del giovane scienziato - Fabbri Editori, 1984 (C) - B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale Scienza, Trieste, 1994 (C) - www.iapht.unito.it (L) • Attacco (spunti e continuità): • esperienze sul galleggiamento