Energia
Si parte da rimbalzi di palline, urti di carrelli, lancio di un proiettile, moti su piste ondulate, oscillazioni, ecc. mirando a far acquisire modi di descrivere i fenomeni fisici in termini di conservazione e dissipazione dell’energia meccanica, di trasformazione dell’energia da una forma all’altra, di trasferimento di energia, ecc. Inizialmente si parte dall’energia cinetica e dalle energie potenziali elastiche e di gravità, poi si passa al concetto di lavoro, di potenza, d’efficienza. Si termina con il primo principio della termodinamica e con l’introduzione di concetti e modi di ragionare legati all’entropia. Nelle attività si utilizzano sia materiali d’uso comune sia sensori collegati al calcolatore.
Attività Didattica 1
Sceneggiatura
Scheda Studente
Attività Didattica 2
Sceneggiatura
Scheda Studente
Ho letto la sceneggiatura n.1 e ho trovato molto fruibile per me l’esempio delle palline di vario materiale che rimbalzano sul pavimento in modo differente in base all’elasticità e alla velocità dell’urto e molto significativa la rappresentazione grafica del rapporto che si crea tra la quota massima di altezza e il numero d’ordine del rimbalzo. Grazie.
Ho provato a ragionare sulle varie trasformazioni di energia degli oggetti che ho a casa, formulando questa lista:
• Camino: l’energia chimica liberata dalla combustione del legno si trasforma in energia termica e luminosa.
• Microonde: l’energia elettrica della centrale elettrica, passante per i cavi elettrici del palazzo, alimenta il dispositivo elettromagnetico del microonde, trasformandosi in energia elettromagnetica che a sua volta diventa energia termica per scaldare i cibi.
• Candela: l’energia chimica liberata dalla combustione dello stoppino si trasforma in energia luminosa e termica.
• Rasoio elettrico: l’energia elettrica prodotta dalla centrale elettrica e passante per i cavi nel palazzo alimenta il motore del rasoio, trasformandosi in energia cinetica che muove la testina.
• Gomma per cancellare: l’energia chimica prodotta dal cibo viene trasformata in energia muscolare del braccio, che diventa energia meccanica per muovere la gomma, che acquista energia cinetica cancellando. L’attrito della gomma sul foglio produce energia termica (calore) che possiamo percepire toccando il foglio dopo aver cancellato.
•Powerbank del cellulare: l’energia elettrica passante per i cavi del palazzo alimenta la batteria al litio della powerbank, trasformandosi in energia chimica che si accumula nella batteria, per essere nuovamente trasformata in energia elettrica quando collego il cellulare, e poi in energia elettromagnetica, luminosa, sonora.
La lettura delle sceneggiature mi ha aiutata a comprendere come l’energia (presente in oggetti, luoghi, esseri animati), sia percepibile e misurabile solo quando, in interazioni tra sistemi, si converte o assume un’altra forma. Infatti, l’energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma. Il suo concetto può emergere intuitivamente dall’osservazione sperimentale e può essere definita come una proprietà posseduta dal sistema che può essere scambiata fra i corpi. Quindi l’energia è la grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema fisico di compiere lavoro, a prescindere dal fatto che tale lavoro sia o possa essere effettivamente svolto. L’energia convertendosi (si trasforma in cose utili), viene immagazzinata e la sua natura rimane inalterata: vi è la sua totale conservazione. Inoltre, ho compreso di come sia fondamentale far capire a tutti fin dalla più tenera età che sia necessario osservare i fenomeni che ci circondano al fine di comprenderne il valore e la loro interazione.
Solo attuando una didattica sperimentale e laboratoriale, con l’utilizzo delle Applet, si giunge alla comprensione del fenomeno effettivo. Ho apprezzato vedere i vari esperimenti proposti nelle sceneggiature, in quanto molto interattivi, coinvolgenti e perché riprendono una terminologia fortemente trasversale, nonché, si basano sull’analisi effettiva del funzionamento degli oggetti osservati, sull’identificazione dei sistemi che interagiscono e sulla comprensione delle trasformazioni legate all’interazione avuta. Solo comprendendo la portata effettiva dei fenomeni legati all’energia si può comprendere fin da subito come sia vitale e soprattutto fondamentale custodirla e proteggerla, evitando quanto più possibile un suo spreco.
Osservando e ragionando sui vari dispositivi di uso corrente presenti a casa e giocando con l’Applet “Forme e trasformazioni di energia”, mi sono resa effettivamente conto di come l’esperienza di vita quotidiana sia organizzata in termini di “energia”:
• Cancello automatico: l’energia elettrica, inviata alla rete elettrica attraverso cavi interrati, aziona il quadro o centralina, che ha il compito di ricevere i segnali dai vari sensori e di comandare l’apertura e la chiusura del cancello, aziona il motore elettrico determinando l’automatizzazione del cancello. Pigiando il telecomando da parte della persona si ha la trasformazione in energia cinetica che aziona il binario e consente l’apertura e la chiusura automatica dei cancelli scorrevoli, convertendo l’energia in energia meccanica.
• Macchina per cucire: l’energia chimica che la persona ottiene dal cibo ingerito la utilizza per far muovere sia la mano sulla rotellina sia il piede sul pedale della macchina stessa, a questo punto viene trasformata in energia cinetica al fine di attivare il funzionamento dell’intero meccanismo che permette di cucire, l’energia si trasforma così in energia meccanica (questo meccanismo è analogo a quello dell’esempio sull’Applet della ragazzina che pedala).
• Pentola sul gas: l’energia termica ricavata dalla fiamma del fornello, cioè sotto forma di calore, va a finire nell’acqua aumentandone la temperatura fino a circa 100 °C quindi inizia a bollire e si trasforma in vapore producendo energia termica.
• Macchinetta per fare la pasta: l’energia elettrica che aziona il meccanismo si trasforma in energia cinetica facendo muovere i rulli i quali azionandosi trasformano l’energia in energia meccanica che ne permette il continuo funzionamento e infine in energia iniziale posseduta nella pasta realizzata che verrà mangiata e trasformata in energia chimica.
• Batterie del computer e del cellulare: l’energia elettrica inviata alla rete elettrica attraverso cavi interrati passa per l’impianto dell’abitazione, alimenta la batteria del computer e del cellulare trasformandosi in energia elettromagnetica.
• Stufa a pellet: bruciando il pellet, il calore generato dalla combustione viene diffuso nell’ambiente circostante da ventole o tubi di scambio, l’energia chimica liberata dalla combustione dei pezzetti di pellet si trasforma in energia luminosa e termica. Tutto il processo di funzionamento della stufa viene monitorato da una centralina elettrica: se non c’è energia elettrica la stufa a pellet non parte. Essa permette, inoltre, di impostare la temperatura e gestire gli orari di accensione, mantenimento e spegnimento.
Tutti i dispositivi osservati presentano allo stato di quiete l’energia potenziale che a seconda della trasformazione avuta, come descritto, si converte in altre forme. Inoltre, ho osservato il mio gatto mentre gioca con la pallina: l’energia chimica prodotta dal cibo viene trasformata in energia cinetica che gli permette di muovere le zampette per spostare la pallina e, così, l’energia si trasforma in energia meccanica.
L’ energia è una grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema fisico di compiere un lavoro, a prescindere dal fatto che tale lavoro sia o possa essere effettivamente svolto.
L’energia in cucina:
frigorifero: sfrutta energia elettrica ed energia termica perché raffredda i cibi all’ interno scambiando calore.
2) condizionatore: sfrutta energia elettrica poiché collegato alla corrente, ha due macchine una esterna termica in cui c’è il motore e una interna chiamata split da cui fuoriesce aria fredda o calda nell’ ambiente in cui è installato naturalmente le due macchine sono collegate. Quindi sfrutta energia elettrica e termica.
3) fornello: può essere a induzione elettrica e in tal caso sfrutta energia termica quando si riscalda la piastra o a gas e in tal caso comunque sfrutta solo energia termica.
4) microonde: sfrutta energia elettrica, ed energia elettromagnetica.
5) lampadina: sfrutta energia elettrica, la luce può essere prodotta attraverso un filamento il tungsteno che raggiunge temperature elevatissime per effetto della corrente che la attraversa.
6)Robot Bimby: frulla, cuoce e impasta: energia elettrica, meccanica perché dotato di un motore, energia cinetica quando frulla e impasta.
7) lavastoviglie: energia elettrica, meccanica.
8) tostapane: energia elettrica e termica.
9) termosifone: energia termica
10) fruste per montare la panna a neve: energia meccanica
Leggendo la sceneggiatura ho avuto l’opportunità di approfondire e di acquisire maggiore consapevolezza circa “la conservazione dell’energia”, perché sono state proposte esperienze pratiche che, affiancate dall’utilizzo dell’Applet “Forme e trasformazione dell’energia” sia durante l’esercitazione che a casa, ritengo siano stati chiarificatori e abbiano attribuito un senso pratico all’espressione che generalmente si usa “l’energia non si crea, né si distrugge, ma si trasforma”, della quale spesso si fa abuso senza comprenderne l’utilità.
L’energia è, infatti, una grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema fisico di compiere lavoro e si configura come una dimensione di cui facciamo quotidianamente esperienza. A tal riguardo ritengo necessario che vengano create situazioni operative, attraverso la pratica laboratoriale e le altre metodologie di didattica attiva, per affrontare questo argomento con gli alunni, facendo leva sulle attività che svolgano, sugli strumenti e sulle espressioni che sono soliti utilizzare (“sono privo di forza” “non ho più energie”), per ragionare su quanto “forza” ed “energia” siano collegate, ma ognuno con un proprio significato. A partire dalle pratiche esperienziali quotidiane, si potrà, poi, iniziare a ragionare sulle “Catene di trasformazione dell’energia” e “toccare” il senso della “conservazione dell’energia” nell’interazione dei
Coinvolti. Ho scelto, dunque, di focalizzare l’attenzione sui seguenti dispositivi di uso corrente presenti a casa:
-Planetaria: l’energia elettrica proveniente dalla centrale elettrica, attraverso l’energia meccanica delle mie dita, che a sua volta deriva dall’energia chimica prodotta da quanto ho precedentemente mangiato, che azionano il pulsante, chiudendo il sistema, aziona il motore, si trasforma in energia cinetica nel movimento delle fruste e si traduce in energia meccanica durante l’impasto, ma anche in energia termica;
– Phone: l’energia elettrica proveniente dalla centrale elettrica, attraverso l’energia meccanica delle mie dita, che a sua volta deriva dall’energia chimica prodotta da quanto ho precedentemente mangiato, che azionano il pulsante, chiudendo il sistema, aziona il motore, si trasforma in energia cinetica nel movimento della ventola e poi in energia termica;
-Lavatrice: l’energia elettrica proveniente dalla centrale elettrica, attraverso l’energia meccanica delle mie dita, che a sua volta deriva dall’energia chimica prodotta da quanto ho precedentemente mangiato, che prima inseriscono il detersivo, poi regolano i gradi e, infine azionano il pulsante, chiudendo il sistema, aziona il motore, si trasforma in energia cinetica nel movimento della centrifuga e in energia termica;
-Lampada led per le unghie: l’energia elettrica proveniente dalla centrale elettrica, attraverso l’energia meccanica delle mie dita, che a sua volta deriva dall’energia chimica prodotta da quanto ho precedentemente mangiato, che azionano il pulsante, chiudendo il sistema, aziona il motore, si trasforma in energia cinetica nel movimento della ventola e poi in energia termica.