Un bambino lancia unautomobile giocattolo di massa 250 g

di | 15/08/2021
Un bambino lancia unautomobile giocattolo di massa 250 g

Energia potenziale gravitazionale

Pensate a una palla di cannone che vola nell’aria. Quando colpisce un bersaglio di legno, la palla esercita una forza sulle fibre del legno, scheggiandole e spingendole a parte e creando un buco. Bisogna lavorare per fare quel buco; le fibre devono essere spostate di lato, il che significa che deve essere esercitata una forza sulla distanza in cui si muovono. Quando la palla di cannone colpisce il legno, compie un lavoro, e quindi una palla di cannone in volo ha chiaramente la capacità di compiere un lavoro – cioè, ha energia – a causa del suo movimento. Questa energia di movimento è ciò che chiamiamo energia cinetica.
Si possono trovare innumerevoli esempi di energia cinetica in natura. Una balena che si muove nell’acqua, un uccello che vola e un predatore che cattura la sua preda hanno tutti energia cinetica. Così come un’auto che va veloce, un frisbee che vola, una foglia che cade e qualsiasi altra cosa che si muove.
La nostra intuizione ci dice che due fattori governano la quantità di energia cinetica contenuta in qualsiasi oggetto in movimento. In primo luogo, gli oggetti più pesanti in movimento hanno più energia cinetica di quelli più leggeri: una palla da bowling che viaggia a 10 m/s (uno sprint molto veloce) trasporta molta più energia cinetica di una palla da golf che viaggia alla stessa velocità. Infatti, l’energia cinetica è direttamente proporzionale alla massa: se raddoppi la massa, allora raddoppi l’energia cinetica.

Wikipedia

Energia potenziale gravitazionale e lavoro svoltoSe un oggetto viene sollevato, si compie un lavoro contro la forza di gravità.Quando si compie un lavoro si trasferisce energia all’oggetto e questo guadagna energia potenziale gravitazionale. Se l’oggetto cade da quell’altezza, la stessa quantità di lavoro dovrebbe essere fatta dalla forza di gravità per riportarlo sulla superficie terrestre.Se un oggetto ad una certa altezza ha 2000 J di energia potenziale gravitazionale, possiamo dire che:
2. GPEtop = Kebottomm = 50 kgg = 10 N/kgh = 20 m(mgh)top = (\(\frac{1}{2})mv2)bottom50 kg x 10 N/kg x 20 m = \(\frac {1}{2}\) x 50 kg x v210 000 = 25 v2v2 = \(\frac{10, 000}{25})v2 = 400v = \(\sqrt{400})v = 20 m/sLa massa di 50 kg ritorna a terra con una velocità di 20 m/s, che è esattamente la stessa della velocità della massa di 25 kg. Se non ci fosse resistenza dell’aria o resistenza aerodinamica, la massa di 25 kg e quella di 50 kg cadrebbero alla stessa velocità di 10 m/s2. Lasciate cadere dalla stessa altezza, entrambe colpiscono il suolo alla stessa velocità e dopo lo stesso periodo di tempo. Questo è vero per tutti gli oggetti indipendentemente dalla loro massa – in assenza di resistenza dell’aria (attrito) cadono alla stessa velocità.

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Cambiamento della formula dell’energia potenziale

Gli esempi di insegnamento e apprendimento reattivo presentati di seguito si sono verificati prima della pubblicazione degli NGSS; tuttavia, gli studenti erano comunque impegnati in sforzi richiesti dalle aspettative di rendimento. Anche se l’obiettivo di queste lezioni non era quello di aiutare gli studenti a sviluppare una comprensione di specifiche idee fondamentali nelle scienze, tuttavia, la natura reattiva dell’attività in classe e il contesto delle loro esplorazioni ha incoraggiato gli studenti a discutere esplicitamente quelle idee fondamentali. Questo esempio evidenzia il contenuto, i concetti trasversali e le pratiche a cavallo dei cluster NGSS attraverso robuste discussioni tra gli studenti di terza elementare. Gli studenti usano idee che possono servire come semi per il pieno sviluppo delle idee fondamentali NGSS appropriate all’età che coinvolgono forze e movimento. Un’altra pagina mostra un impegno simile da parte degli studenti di seconda elementare.
Carolyn ha insegnato in terza elementare in una scuola pubblica di periferia dove ha lanciato un’unità di scienze fisiche che coinvolge il movimento delle macchinine. In questo ambiente di insegnamento reattivo, le idee sulla forza e sul movimento sono emerse naturalmente nel discorso degli studenti. Ha iniziato chiedendo agli studenti di suggerire vari modi per far muovere diverse macchinine, ad esempio, macchinine a spinta, macchinine ad elastico, macchinine a palloncino e così via. Di seguito, condividiamo una parte dell’unità iniziata il giorno 8. Questa sequenza inizia con Carolyn che mostra alla classe un’auto ad elica. Alcuni studenti usano spontaneamente idee sulla forza per spiegare come funziona. Carolyn poi fa muovere l’auto lungo un tappeto, ma si muove solo per una breve distanza. Gli studenti spiegano il perché in termini di dossi sul tappeto e alla fine usano il termine attrito. Carolyn chiede loro di suggerire dei modi per far andare la macchina più veloce o più lontano. Gli studenti suggeriscono tre modi: far muovere l’auto su una superficie liscia, far girare le lame più volte prima di rilasciare l’auto, e far scendere l’auto da una rampa.

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Una molla è tenuta compressa da un carrello giocattolo di massa 150g

La prima parte dell’attività descritta di seguito può essere usata anche per illustrare l’inerzia. Nella seconda parte dell’attività, la massa viene aggiunta all’auto giocattolo per illustrare la seconda legge di Newton. Date allo studente con problemi di vista l’opportunità di sentire il peso dell’auto prima e dopo l’aggiunta dell’argilla.
Le forze sbilanciate causano l’accelerazione. Quando una forza sbilanciata agisce su un oggetto, il moto dell’oggetto viene modificato. Se l’oggetto è a riposo, la forza lo fa muovere. Se l’oggetto è in movimento, la forza cambia la sua velocità. Ogni cambiamento di velocità è un’accelerazione.
La quantità di cui un oggetto accelera dipende da tre cose. Sono la grandezza della forza, la direzione in cui la forza agisce e la massa dell’oggetto. Se due forze agiscono sullo stesso oggetto, la forza maggiore produrrà più accelerazione della forza minore.
La seconda legge di Newton descrive la relazione tra forza, massa e accelerazione. La seconda legge di Newton afferma che la forza sbilanciata che agisce su un oggetto è uguale alla massa dell’oggetto per la sua accelerazione. La seconda legge di Newton può essere descritta da questa equazione

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