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Lavoro ed energia 1
Lezione 10 020409
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
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La misura dell’Energia Un‘altra unità molto usata soprattutto per
misurare il calore trasferito è la caloria (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 il kilowattora (kWh): è l'energia erogata da una macchina della potenza di 1 kW in un'ora (3600 secondi)
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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
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Potenza
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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 chiamata potenza
L'unità di misura della potenza è il watt, 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)
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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)
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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
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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
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… dall’oggetto al concetto
Fdito-elastico
Fmano-bastoncino
Fbastoncino-mano
Felastico-dito
Fbastoncino-elastico
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
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… 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
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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
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Il concetto di energia
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
L’energia è una grandezza fisica “costruita” teoricamente perché utile ed economica
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esempi dalla meccanica
La giostra a gravità:
trasformare
trasferire
immagazzinare
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esempi dalla meccanica
la catapulta:
trasformare
trasferire
immagazzinare
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esempi dalla meccanica
il bottone sempre in moto:trasformaretrasferireimmagazzinare
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!
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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.
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esempi dalla meccanica
la motocicletta:
trasformare
trasferire
immagazzinare
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esempi dalla meccanica
il razzo sulla bottiglia:
trasformare
trasferire
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Fonti www.iapht.unito.it/giocattoli/fiore/
energia.html www.iapht.unito.it\corso\energia.html
www.iapht.unito.it\giocattoli\index_
gio.html