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Lavoro ed energia 1 Lezione 10 020409

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

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Lavoro ed energia 1

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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