Ccndizioni di equilibrio di un corpo su un piano inclinato
Esperimento 1 : Carrello su un piano inclinato
Descrizione delle attività
(A) Introduzione all'esperimento
(B)
Strumenti e materiali didattici
Il dispositivo si compone:
- un piano, la cui inclinazione si può variare cambiando la allocazione di un perno;
- una macchina;
- un gancio di ancoraggio molla macchina;
- un cilindro con molla.
(C) Verifica di ingresso
D) Sviluppo dell'esperienza in tre fasi
- caso piano orizzontale:
- caso piano verticale;
- caso piano ad inclinazione qualunque.
(E) Supporto teorico
(F) Applicazione pratica dell'esperienza
Proposta applicativa.
L’insegnante adesso procede nell’elencare i materiali impiegati
- un piano inclinato;
- due oggetti uno molto più pesante dell’altro esattamente m1=50 N , m2= 200 N;
- righello;
- una molla con costante elastica k=0,4;
- due ganci.
(G) Rielaborazione del lavoro
Scheda per lo studente
1) Qual è secondo te, basandoti sul titolo, lo scopo dell’esperimento a cui stai per assistere e partecipare?
(A)
2) Quando un corpo è in equilibrio? (A)
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla;
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla e la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
- Se la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
Scheda per lo studente
1) Qual è secondo te, basandoti sul titolo, lo scopo dell’esperimento a cui stai per assistere e partecipare?
(A)
2) Quando un corpo è in equilibrio? (A)
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla;
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla e la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
- Se la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
Gli alunni, divisi in minigruppi al massimo di tre componenti, dovranno compilare la scheda, predisposta dal docente, nella quale rileveranno gli strumenti utilizzati elencandone le caratteristiche.
Scheda introduttiva (B)
Scheda per lo studente
1) Qual è secondo te, basandoti sul titolo, lo scopo dell’esperimento a cui stai per assistere e partecipare?
(A)
2) Quando un corpo è in equilibrio? (A)
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla;
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla e la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
- Se la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
Gli alunni, divisi in minigruppi al massimo di tre componenti, dovranno compilare la scheda, predisposta dal docente, nella quale rileveranno gli strumenti utilizzati elencandone le caratteristiche.
Scheda introduttiva (B)
Gli alunni sono coinvolti dovendo rispondere ad una serie di domande poste dal docente in una scheda di ingresso.
Scheda di ingresso (C) .
Scheda per lo studente
1) Qual è secondo te, basandoti sul titolo, lo scopo dell’esperimento a cui stai per assistere e partecipare?
(A)
2) Quando un corpo è in equilibrio? (A)
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla;
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla e la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
- Se la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
Gli alunni, divisi in minigruppi al massimo di tre componenti, dovranno compilare la scheda, predisposta dal docente, nella quale rileveranno gli strumenti utilizzati elencandone le caratteristiche.
Scheda introduttiva (B)
Gli alunni sono coinvolti dovendo rispondere ad una serie di domande poste dal docente in una scheda di ingresso.
Scheda di ingresso (C) .
(D) Gli alunni assistono e osservano l'esperimento
Scheda per lo studente
1) Qual è secondo te, basandoti sul titolo, lo scopo dell’esperimento a cui stai per assistere e partecipare?
(A)
2) Quando un corpo è in equilibrio? (A)
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla;
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla e la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
- Se la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
Gli alunni, divisi in minigruppi al massimo di tre componenti, dovranno compilare la scheda, predisposta dal docente, nella quale rileveranno gli strumenti utilizzati elencandone le caratteristiche.
Scheda introduttiva (B)
Gli alunni sono coinvolti dovendo rispondere ad una serie di domande poste dal docente in una scheda di ingresso.
Scheda di ingresso (C) .
(D) Gli alunni assistono e osservano l'esperimento
(E) Gli alunni devono:
- leggere in gruppi la parte di scheda riguardante i contenuti;
- ascoltare l’intervento dell’insegnante;
- completare la scheda nelle sue parti mancanti.
.
Scheda per lo studente
1) Qual è secondo te, basandoti sul titolo, lo scopo dell’esperimento a cui stai per assistere e partecipare?
(A)
2) Quando un corpo è in equilibrio? (A)
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla;
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla e la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
- Se la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
Gli alunni, divisi in minigruppi al massimo di tre componenti, dovranno compilare la scheda, predisposta dal docente, nella quale rileveranno gli strumenti utilizzati elencandone le caratteristiche.
Scheda introduttiva (B)
Gli alunni sono coinvolti dovendo rispondere ad una serie di domande poste dal docente in una scheda di ingresso.
Scheda di ingresso (C) .
(D) Gli alunni assistono e osservano l'esperimento
(E) Gli alunni devono:
- leggere in gruppi la parte di scheda riguardante i contenuti;
- ascoltare l’intervento dell’insegnante;
- completare la scheda nelle sue parti mancanti.
Gli alunni dovranno compilare la scheda, predisposta dal docente, divisi in minigruppi al massimo di tre componenti, nella quale rileveranno gli strumenti utilizzati, elencandone le caratteristiche seguendo le istruzioni del docente risponderanno alle domande .
Scheda applicativa (F).
Scheda per lo studente
1) Qual è secondo te, basandoti sul titolo, lo scopo dell’esperimento a cui stai per assistere e partecipare?
(A)
2) Quando un corpo è in equilibrio? (A)
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla;
- Se il corpo ha inizialmente velocità nulla e la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
- Se la risultante delle forze applicate al corpo è uguale a zero;
Gli alunni, divisi in minigruppi al massimo di tre componenti, dovranno compilare la scheda, predisposta dal docente, nella quale rileveranno gli strumenti utilizzati elencandone le caratteristiche.
Scheda introduttiva (B)
Gli alunni sono coinvolti dovendo rispondere ad una serie di domande poste dal docente in una scheda di ingresso.
Scheda di ingresso (C) .
(D) Gli alunni assistono e osservano l'esperimento
(E) Gli alunni devono:
- leggere in gruppi la parte di scheda riguardante i contenuti;
- ascoltare l’intervento dell’insegnante;
- completare la scheda nelle sue parti mancanti.
Gli alunni dovranno compilare la scheda, predisposta dal docente, divisi in minigruppi al massimo di tre componenti, nella quale rileveranno gli strumenti utilizzati, elencandone le caratteristiche seguendo le istruzioni del docente risponderanno alle domande .
Scheda applicativa (F).
Partecipazione attiva degli studenti alla luce delle esperienze e dei supporti teorici offerti.
Conclusioni personali dello studente alla luce dell’esperienza svolta:
Scarica la schede per lo studente
Scheda per il docente
(A) Studiare la condizione di equilibrio, di un corpo vincolato da un dinamometro a restare fermo in equilibrio su un piano, a diverse inclinazioni.
Scheda per il docente
(A) Studiare la condizione di equilibrio, di un corpo vincolato da un dinamometro a restare fermo in equilibrio su un piano, a diverse inclinazioni.
(B) Durante lo svolgimento dell'esperienza l'insegnante deve riprendere i problemi posti durante la prova di ingresso e presentare gli argomenti trattati come elementi per la soluzione di essi.
Individuazione dei concetti essenziali e delle modalità con cui verranno introdotti:
- attraverso situazioni problematiche prospettata dal docente;
- agendo sui misconcettidegli studenti, rilevati con la verifica di ingresso.
Scheda per il docente
(A) Studiare la condizione di equilibrio, di un corpo vincolato da un dinamometro a restare fermo in equilibrio su un piano, a diverse inclinazioni.
(B) Durante lo svolgimento dell'esperienza l'insegnante deve riprendere i problemi posti durante la prova di ingresso e presentare gli argomenti trattati come elementi per la soluzione di essi.
Individuazione dei concetti essenziali e delle modalità con cui verranno introdotti:
- attraverso situazioni problematiche prospettata dal docente;
- agendo sui misconcettidegli studenti, rilevati con la verifica di ingresso.
L’indagine sulle pre-conoscenze e rappresentazioni mentali degli allievi, si realizza proponendo delle domande di riflessione e attività di problem posing.
Gli aspetti fondamentali che ci interessa sondare, in particolare sono:
- primo principio della dinamica: domanda 1, domanda 2, domanda 3, domanda 7;
- secondo principio della dinamica: domanda 1, domanda 4, domanda 5;
- terzo principio della dinamica: domanda 6;
- forze inerziali: domanda 3.
Allegato per l’insegnante (C) Verifica ingresso insegnante.
Scheda per il docente
(A) Studiare la condizione di equilibrio, di un corpo vincolato da un dinamometro a restare fermo in equilibrio su un piano, a diverse inclinazioni.
(B) Durante lo svolgimento dell'esperienza l'insegnante deve riprendere i problemi posti durante la prova di ingresso e presentare gli argomenti trattati come elementi per la soluzione di essi.
Individuazione dei concetti essenziali e delle modalità con cui verranno introdotti:
- attraverso situazioni problematiche prospettata dal docente;
- agendo sui misconcettidegli studenti, rilevati con la verifica di ingresso.
L’indagine sulle pre-conoscenze e rappresentazioni mentali degli allievi, si realizza proponendo delle domande di riflessione e attività di problem posing.
Gli aspetti fondamentali che ci interessa sondare, in particolare sono:
- primo principio della dinamica: domanda 1, domanda 2, domanda 3, domanda 7;
- secondo principio della dinamica: domanda 1, domanda 4, domanda 5;
- terzo principio della dinamica: domanda 6;
- forze inerziali: domanda 3.
Allegato per l’insegnante (C) Verifica ingresso insegnante.
L’insegnante procede nell’ eseguire l’attività.
Viene proposto in tre fasi:
- piano orizzontale: si fa osservare, che nel caso a 0° la macchina è ferma e che il cavo non pone alcuna sollecitazione alla macchina, quindi proponendo l’interattività dell’esperimento si induce a far riflettere la classe sul perché sia ferma, facendo pervenire in loro la considerazione che la forza peso è impedita ad esprimersi ad opera del vincolo, cioè il piano, che non le consente di cadere. Quindi oltre ad agire la forza peso, agisce sulla macchina un’altra forza, la reazione vincolare, infatti si fa osservare cosa accade togliendo il vincolo. Agli alunni si fa desumere dall’evidenza l’equazione di equilibrio dei corpi e cioè
- piano verticale: la macchina continua a restare ferma, se pur in sospensione, si chiede, sempre come mai continua a trovarsi in questo stato. Si fanno pervenire gli alunni alla considerazione che la forza peso in questo caso, viene contrastata non più dal vincolo, poiché da continue sollecitazioni si nota che la macchina addirittura è distaccata dal piano di appoggio, quindi soltanto dalla molla. Ma poiché la macchina è ancora ferma vale sempre la relazione
- piano obbligo: si fa sempre notare che la macchina è ferma, ad una distanza dal vincolo sul piano minore rispetto al caso precedente, quindi veniva chiesto cosa poteva influire questo comportamento della macchina, si procedeva a far osservare cosa o quale forza influisse il comportamento della macchina, sottolineando il fatto che le forze che intervengono su tale equilibrio sono la forza peso, la reazione del vincolo e la forza della molla.
Scheda per il docente
(A) Studiare la condizione di equilibrio, di un corpo vincolato da un dinamometro a restare fermo in equilibrio su un piano, a diverse inclinazioni.
(B) Durante lo svolgimento dell'esperienza l'insegnante deve riprendere i problemi posti durante la prova di ingresso e presentare gli argomenti trattati come elementi per la soluzione di essi.
Individuazione dei concetti essenziali e delle modalità con cui verranno introdotti:
- attraverso situazioni problematiche prospettata dal docente;
- agendo sui misconcettidegli studenti, rilevati con la verifica di ingresso.
L’indagine sulle pre-conoscenze e rappresentazioni mentali degli allievi, si realizza proponendo delle domande di riflessione e attività di problem posing.
Gli aspetti fondamentali che ci interessa sondare, in particolare sono:
- primo principio della dinamica: domanda 1, domanda 2, domanda 3, domanda 7;
- secondo principio della dinamica: domanda 1, domanda 4, domanda 5;
- terzo principio della dinamica: domanda 6;
- forze inerziali: domanda 3.
Allegato per l’insegnante (C) Verifica ingresso insegnante.
L’insegnante procede nell’ eseguire l’attività.
Viene proposto in tre fasi:
- piano orizzontale: si fa osservare, che nel caso a 0° la macchina è ferma e che il cavo non pone alcuna sollecitazione alla macchina, quindi proponendo l’interattività dell’esperimento si induce a far riflettere la classe sul perché sia ferma, facendo pervenire in loro la considerazione che la forza peso è impedita ad esprimersi ad opera del vincolo, cioè il piano, che non le consente di cadere. Quindi oltre ad agire la forza peso, agisce sulla macchina un’altra forza, la reazione vincolare, infatti si fa osservare cosa accade togliendo il vincolo. Agli alunni si fa desumere dall’evidenza l’equazione di equilibrio dei corpi e cioè
- piano verticale: la macchina continua a restare ferma, se pur in sospensione, si chiede, sempre come mai continua a trovarsi in questo stato. Si fanno pervenire gli alunni alla considerazione che la forza peso in questo caso, viene contrastata non più dal vincolo, poiché da continue sollecitazioni si nota che la macchina addirittura è distaccata dal piano di appoggio, quindi soltanto dalla molla. Ma poiché la macchina è ancora ferma vale sempre la relazione
- piano obbligo: si fa sempre notare che la macchina è ferma, ad una distanza dal vincolo sul piano minore rispetto al caso precedente, quindi veniva chiesto cosa poteva influire questo comportamento della macchina, si procedeva a far osservare cosa o quale forza influisse il comportamento della macchina, sottolineando il fatto che le forze che intervengono su tale equilibrio sono la forza peso, la reazione del vincolo e la forza della molla.
(E) L’insegnante in questa fase completa i risultati ottenuti dai dati sperimentali con il supporto teorico.
Procede in due passi:
- primo passo, da pochi minuti di tempo agli alunni per leggere la parte di scheda riguardante i contenuti;
- secondo passo, ripropone l’esperienza eseguendola in chiave teorica.
Scheda per il docente
(A) Studiare la condizione di equilibrio, di un corpo vincolato da un dinamometro a restare fermo in equilibrio su un piano, a diverse inclinazioni.
(B) Durante lo svolgimento dell'esperienza l'insegnante deve riprendere i problemi posti durante la prova di ingresso e presentare gli argomenti trattati come elementi per la soluzione di essi.
Individuazione dei concetti essenziali e delle modalità con cui verranno introdotti:
- attraverso situazioni problematiche prospettata dal docente;
- agendo sui misconcettidegli studenti, rilevati con la verifica di ingresso.
L’indagine sulle pre-conoscenze e rappresentazioni mentali degli allievi, si realizza proponendo delle domande di riflessione e attività di problem posing.
Gli aspetti fondamentali che ci interessa sondare, in particolare sono:
- primo principio della dinamica: domanda 1, domanda 2, domanda 3, domanda 7;
- secondo principio della dinamica: domanda 1, domanda 4, domanda 5;
- terzo principio della dinamica: domanda 6;
- forze inerziali: domanda 3.
Allegato per l’insegnante (C) Verifica ingresso insegnante.
L’insegnante procede nell’ eseguire l’attività.
Viene proposto in tre fasi:
- piano orizzontale: si fa osservare, che nel caso a 0° la macchina è ferma e che il cavo non pone alcuna sollecitazione alla macchina, quindi proponendo l’interattività dell’esperimento si induce a far riflettere la classe sul perché sia ferma, facendo pervenire in loro la considerazione che la forza peso è impedita ad esprimersi ad opera del vincolo, cioè il piano, che non le consente di cadere. Quindi oltre ad agire la forza peso, agisce sulla macchina un’altra forza, la reazione vincolare, infatti si fa osservare cosa accade togliendo il vincolo. Agli alunni si fa desumere dall’evidenza l’equazione di equilibrio dei corpi e cioè
- piano verticale: la macchina continua a restare ferma, se pur in sospensione, si chiede, sempre come mai continua a trovarsi in questo stato. Si fanno pervenire gli alunni alla considerazione che la forza peso in questo caso, viene contrastata non più dal vincolo, poiché da continue sollecitazioni si nota che la macchina addirittura è distaccata dal piano di appoggio, quindi soltanto dalla molla. Ma poiché la macchina è ancora ferma vale sempre la relazione
- piano obbligo: si fa sempre notare che la macchina è ferma, ad una distanza dal vincolo sul piano minore rispetto al caso precedente, quindi veniva chiesto cosa poteva influire questo comportamento della macchina, si procedeva a far osservare cosa o quale forza influisse il comportamento della macchina, sottolineando il fatto che le forze che intervengono su tale equilibrio sono la forza peso, la reazione del vincolo e la forza della molla.
(E) L’insegnante in questa fase completa i risultati ottenuti dai dati sperimentali con il supporto teorico.
Procede in due passi:
- primo passo, da pochi minuti di tempo agli alunni per leggere la parte di scheda riguardante i contenuti;
- secondo passo, ripropone l’esperienza eseguendola in chiave teorica.
(F) L’insegnante adesso verifica lo stato di acquisizione da parte degli alunnidelle informazioni, veicolate,con una seconda esperienzadi completamento alla precedente. Chiede ad un allievo di eseguire delle consegne, dalle quali gli altri trarranno le indicazioni per procedere nella compilazione della scheda di lavoro molto dettagliata.
Domande da porre:
- Si chiede agli alunno di fare una serie di prove,per controllarea quale inclinazionetendono a scivolare entrambi i corpi.
- Si chiede di porre il piano ad un inclinazione tale da far scivolarei corpi
- Si chiededi prendere il primo oggetto e per impedire che cada di agganciarlo alla molla ed al piano.
- Si chiede di misurare l’allungamento della mollarispetto ad i due corpi.
- Si fanno elencare le forze agenti e poinotare che poiché sono fermi i corpi, cosa accade?
- Si fa calcolare R in entrambi i casi ponendo X al posto della forza peso.
- Si chiede di portare un termine al secondo membro e considerare il fatto che la forza peso bilanciata dalla molla e minore della reale forza peso dei corpi, in entrambii casi, si chiedeche fine ha fattola componente di forza non considerata o mancante.
- Si chiede quindi di controllare tutti gli elementi che intervengono nel sistema.
Scheda per il docente
(A) Studiare la condizione di equilibrio, di un corpo vincolato da un dinamometro a restare fermo in equilibrio su un piano, a diverse inclinazioni.
(B) Durante lo svolgimento dell'esperienza l'insegnante deve riprendere i problemi posti durante la prova di ingresso e presentare gli argomenti trattati come elementi per la soluzione di essi.
Individuazione dei concetti essenziali e delle modalità con cui verranno introdotti:
- attraverso situazioni problematiche prospettata dal docente;
- agendo sui misconcettidegli studenti, rilevati con la verifica di ingresso.
L’indagine sulle pre-conoscenze e rappresentazioni mentali degli allievi, si realizza proponendo delle domande di riflessione e attività di problem posing.
Gli aspetti fondamentali che ci interessa sondare, in particolare sono:
- primo principio della dinamica: domanda 1, domanda 2, domanda 3, domanda 7;
- secondo principio della dinamica: domanda 1, domanda 4, domanda 5;
- terzo principio della dinamica: domanda 6;
- forze inerziali: domanda 3.
Allegato per l’insegnante (C) Verifica ingresso insegnante.
L’insegnante procede nell’ eseguire l’attività.
Viene proposto in tre fasi:
- piano orizzontale: si fa osservare, che nel caso a 0° la macchina è ferma e che il cavo non pone alcuna sollecitazione alla macchina, quindi proponendo l’interattività dell’esperimento si induce a far riflettere la classe sul perché sia ferma, facendo pervenire in loro la considerazione che la forza peso è impedita ad esprimersi ad opera del vincolo, cioè il piano, che non le consente di cadere. Quindi oltre ad agire la forza peso, agisce sulla macchina un’altra forza, la reazione vincolare, infatti si fa osservare cosa accade togliendo il vincolo. Agli alunni si fa desumere dall’evidenza l’equazione di equilibrio dei corpi e cioè
- piano verticale: la macchina continua a restare ferma, se pur in sospensione, si chiede, sempre come mai continua a trovarsi in questo stato. Si fanno pervenire gli alunni alla considerazione che la forza peso in questo caso, viene contrastata non più dal vincolo, poiché da continue sollecitazioni si nota che la macchina addirittura è distaccata dal piano di appoggio, quindi soltanto dalla molla. Ma poiché la macchina è ancora ferma vale sempre la relazione
- piano obbligo: si fa sempre notare che la macchina è ferma, ad una distanza dal vincolo sul piano minore rispetto al caso precedente, quindi veniva chiesto cosa poteva influire questo comportamento della macchina, si procedeva a far osservare cosa o quale forza influisse il comportamento della macchina, sottolineando il fatto che le forze che intervengono su tale equilibrio sono la forza peso, la reazione del vincolo e la forza della molla.
(E) L’insegnante in questa fase completa i risultati ottenuti dai dati sperimentali con il supporto teorico.
Procede in due passi:
- primo passo, da pochi minuti di tempo agli alunni per leggere la parte di scheda riguardante i contenuti;
- secondo passo, ripropone l’esperienza eseguendola in chiave teorica.
(F) L’insegnante adesso verifica lo stato di acquisizione da parte degli alunnidelle informazioni, veicolate,con una seconda esperienzadi completamento alla precedente. Chiede ad un allievo di eseguire delle consegne, dalle quali gli altri trarranno le indicazioni per procedere nella compilazione della scheda di lavoro molto dettagliata.
Domande da porre:
- Si chiede agli alunno di fare una serie di prove,per controllarea quale inclinazionetendono a scivolare entrambi i corpi.
- Si chiede di porre il piano ad un inclinazione tale da far scivolarei corpi
- Si chiededi prendere il primo oggetto e per impedire che cada di agganciarlo alla molla ed al piano.
- Si chiede di misurare l’allungamento della mollarispetto ad i due corpi.
- Si fanno elencare le forze agenti e poinotare che poiché sono fermi i corpi, cosa accade?
- Si fa calcolare R in entrambi i casi ponendo X al posto della forza peso.
- Si chiede di portare un termine al secondo membro e considerare il fatto che la forza peso bilanciata dalla molla e minore della reale forza peso dei corpi, in entrambii casi, si chiedeche fine ha fattola componente di forza non considerata o mancante.
- Si chiede quindi di controllare tutti gli elementi che intervengono nel sistema.
Si procede quindi in una fase di discussione in plenaria, cercando di analizzare i risultati ottenuti alla luce delle esperienza, con lo scopo di fissare i concetti riproponendo le domande della verifica di ingresso con una giustificazione teorica.
Concludendo la macchina sullo scivolo liscio è in equilibrio sostenuto dalla forza elastica del dinamometro e dalla forza esercitata dal piano dello scivolo.
Il rapporto tra forza del dinamometro parallelo al piano e peso dell’oggetto è uguale al rapporto tra altezza e lunghezza dello scivolo
Il rapporto tra forza esercitata dal piano e peso dell’oggetto è uguale al rapporto tra base e lunghezza dello scivolo.
Scarica le schede per l'insegnante