L'equilibrio dei corpi

Educazione scientifica- Classe 1° secondaria di 1° grado Come ottenere l’equilibrio dei corpi in alcune situazioni

Apprendimento unitario da promuovere. L’alunno osservando alcune situazioni ordinarie, come ad esempio il camminare, comprende quali sono i principi che regolano l’equilibrio dei corpi.

Compito unitario in situazione. Realizzare e descrivere davanti ai compagni un esperimento sull’equilibrio dei corpi in una situazione reale.

Riferimenti ai Documenti nazionali. PECUP Identità: a2; b1,3; c2. Strumenti culturali: g1,2,3; i1. OSA Scienze: C2 - A2. Matematica: Introduzione al pensiero razionale A6,7,8.

Informatica: C1 - A1,2,4. Italiano: Riflettere sulla lingua A4,5. Educazione stradale: C7 A2,3. Educazione alla salute: C1,5 -A1,3,7.

Obiettivi formativi con standard d’apprendimento.

L’alunno è in grado di: 1. determinare il baricentro di un corpo; 2. individuare l’equilibrio di un corpo sospeso o appoggiato; 3. riconoscere e descrivere i diversi tipi di equilibrio.

Articolazione degli OF rispetto al livello di accettabilità 1. Sa descrivere verbalmente o per iscritto, utilizzando un lessico specifico essenziale, come si determina il baricentro di corpi noti: un cartoncino rigido, un pallone, un compagno che si offre spontaneamente, un ovetto di plastica Kinder ecc.

2. Sa descrivere perché un corpo rimane in equilibrio osservando alcune immagini fornite ad hoc, ad esempio l’immagine di un atleta in equilibrio sugli anelli o quella della Torre di Pisa.

3. Sa riconoscere se un corpo si trova in una semplice situazione di equilibrio stabile, instabile o indifferente e descriverne il perché, grazie alla guida dell’insegnante.

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Attività laboratoriali.

Si propone, di seguito, un’ipotesi progettuale da utilizzare con flessibilità in

base alle particolari esigenze del proprio contesto didattico/educativo. Le attività sono rigorosamente laboratoriali per consentire agli allievi di svolgere costruttivamente i propri percorsi apprenditivi, interagendo con naturalezza in gruppi di livello, di compito o elettivi, secondo le circostanze.

E’ importante tenere presente che l’UA rappresenta un’ipotesi di lavoro di massima formulata all’inizio dell’anno scolastico, ma che necessiterà di adattamenti e aggiustamenti in itinere, divenendo completa solo alla fine del percorso formativo, ad esperienza di apprendimento concretamente fruita.

Il problema relativo all’equilibrio dei corpi sarà affrontato in maniera semplificata prescindendo dalle esigenze di formalizzazione, che saranno considerate negli anni successivi del curricolo triennale poiché l’argomento

è da sviluppare

ricorsivamente e non essere esaurito in un’unica trattazione. Tenuti in

considerazione i prerequisiti strumentali e cognitivi degli allievi, si farà, pertanto, riferimento al concetto di forza soltanto in modo intuitivo.

1° FASE: “Sollecitare la discussione!”

Organizzando la classe in piccoli gruppi di compito e/o di livello, saranno sottoposte agli alunni alcune situazioni problematiche note su cui

farli riflettere con attenzione, richiedendo loro alcune ipotesi di

soluzione.

Questionario Quesiti

Risposte

Perché la torre di Pisa, pur essendo inclinata, non cade?

Perché quando cammini sull’asse di equilibrio l’insegnante di Scienze Motorie ti consiglia di tenere allargate le braccia?

Hai una pila di libri perfettamente ordinati l’uno sull’altro. Se continui ad accatastarli, cosa succederà? La pila rimarrà in piedi oppure no?Sapresti

giustificare

che

cosa

potrebbe

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accadere?

Hai

mai

pensato perché,

mentre

cammini

normalmente, ti mantieni in equilibrio senza cadere?

Quando si gioca a braccio di ferro, perché succede che le mani non si spostino di un centimetro pur cercando di superarsi l’un l’altro?

Il confronto delle risposte fornite dai gruppi, oltre ad avviare la discussione, fornirà al docente preziose informazioni su come procedere e su quali attività avviare.

2° FASE: “Scopriamo il baricentro dei corpi” Dopo aver operato insieme ai ragazzi delle riflessioni circa il significato dei termini “forza”, “peso” , “equilibrio”, si svolgeranno con cautela alcune attività per far pervenire i ragazzi al concetto di baricentro.

Non si parlerà di n forze-peso corrispondenti a n particelle costituenti un corpo materiale, situazioni ancora troppo astratte per i ragazzi, ma si parlerà di “centro naturale” di equilibrio di un corpo; un punto in cui si può immaginare come concentrato il peso di un corpo qualsiasi e che sarà chiamato “baricentro”. Si coglierà, inoltre, l’occasione per spiegare il significato etimologico del termine coinvolgendo, se è il caso, anche il docente di italiano.

ESPERIENZA: “Individuiamo il baricentro di un cartoncino rigido”

Materiale: cartoncino rigido, forbici, chiodini, spago, un semplice sasso, nastro adesivo, materiale per disegnare.

Procedimento: 1. Costruire, con lo spago e il sasso, un filo a piombo come quello dei muratori. 2.

Ritagliare il cartoncino in modo da ottenere una sagoma irregolare di forma rotondeggiante. 3. Praticare con la punta delle forbici un foro in prossimità del bordo del cartoncino. 4. Infilare il chiodino nel foro e appendere il cartoncino al muro facendo attenzione al fatto che sia libero di disporsi liberamente. 5.

Sospendere il filo a piombo a partire dal chiodino (figura 1) e tracciare un segmento che, partendo dal 3

chiodino, percorra tutto il cartoncino secondo la direzione del filo a piombo. 6. Staccare il cartoncino e il chiodino, individuare un altro punto del cartoncino e rifare le ultime tre operazioni.

7. Ripetere le operazioni precedenti almeno per un altro punto.

Analisi dei risultati: - I tre segmenti si incontrano in un punto?

Sì 

No 

- Che cosa pensi possa rappresentare il punto individuato?  Il centro.  Il centro in cui è concentrato il peso del cartoncino.  Un punto qualsiasi.

Con questo e altri semplici esperimenti, i ragazzi acquisiranno in modo naturale il concetto di baricentro.

Sarebbe opportuno ideare alcune attività per la ricerca del baricentro di corpi rigidi irregolari e di corpi non rigidi. Per questo secondo caso, si potrà prendere in considerazione il corpo umano e far sperimentare ai ragazzi che il baricentro del nostro corpo non è un punto fisso, ma si sposta quando cambia posizione.

Figura 1 3° FASE: “Scopriamo le condizioni di equilibrio di un corpo libero e di un corpo appoggiato” Gli alunni hanno già sperimentato (vedere UA pubblicata sul n.5) che, se a un corpo fermo si applica una forza sufficiente, questo si mette in movimento. Si sollecita, pertanto, l’interrogativo: “ Su un corpo fermo non agisce alcuna forza?”. Per fornire una risposta, si richiamerà un esempio noto: il tiro alla fune. Per un attimo, quando i due ragazzi che si stanno sfidando tirano ciascuno verso di sé, il punto centrale della corda rimane fermo. Questo vuol dire che i due ragazzi stanno esercitando una forza della stessa intensità, ma di 4

direzione opposta. Gli alunni perverranno facilmente a comprendere che : “Se a un corpo rigido in equilibrio statico si applicano due forze uguali e opposte, aventi la stessa direzione, il corpo rimane in equilibrio.”

Si preciserà che questa situazione può essere generalizzata anche a corpi qualsiasi.

A questo punto, si proverà a individuare insieme agli alunni le condizioni di equilibrio di un corpo libero e di un corpo appoggiato.

1° ESPERIENZA: “Nove monete in equilibrio”

Materiale: nove monete uguali, un banco.

Procedimento/ 1° fase: 1. Cercare di inclinare la pila spostando tutte le monete, esclusa quella che poggia sul banco, nello stesso modo e nella stessa direzione, ma in modo tale che la pila non cada Analisi della situazione 1.

-La pila di monete è in equilibrio?

Sì 

No 

-In quale moneta si troverà il baricentro di tutta la pila?  Nella prima

 Nella terza

 Nella quinta

 Nell’ultima

 Altro…………..

-In che posizione di questa moneta sarà il baricentro?  Nel bordo

 In un punto qualsiasi.

 Nel centro

Procedimento/ 2° fase: 1. Segnare il baricentro sulla figura.

Analisi della situazione 2.

-La verticale che si riferisce al peso di tutta la pila attraversa la moneta appoggiata sul banco? ( Verificarlo tracciandola nel disegno) Sì 

No 

Procedimento/ 3° fase: 1. Inclinare ancora la pila, fino a quando le monete cominciano a cadere.

Analisi della situazione 3.

-La verticale che si riferisce al peso attraverserebbe ancora la moneta appoggiata sul banco?

Sì 

No 

-Quali conclusioni si possono trarre da questa esperienza?................................................................................

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…………………………………………………………………………………………………………………..

Figura 2

2° ESPERIENZA: “La sfida a braccio di ferro”

Materiale: un tavolo e due sedie.

Procedimento/1° fase: 1. Agganciare strettamente la propria mano destra a quella del compagno e iniziare a spingere in modo da far finire sul piano del tavolo la mano del contendente.

Analisi della situazione 1.

-Per quanto ognuno cerchi di superare l’altro, le mani non si spostano, né verso sinistra né verso destra, neanche di un centimetro. Si può parlare di forze in equilibrio?

Sì 

No 

Procedimento/2° fase: 1. Rappresentare con dei segmenti sul disegno le due forze che agiscono sulle mani.

Analisi della situazione 2.

-Come sono tra loro queste due forze? Scegliere la definizione più completa possibile.  Uguali.  Uguali ed opposte.  Uguali, opposte e agiscono lungo la stessa direzione.

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Figura 3 Si può continuare con altri esempi concreti come lo stare fermi in piedi e successivamente il chinarsi in avanti fino …..a perdere l’equilibrio. Si farà notare ai ragazzi che nel primo caso si riesce a stare in piedi fino a quando la verticale della forza peso del corpo, applicata nel suo baricentro, “cade” all’interno della base d’appoggio, costituita da un poligono ideale formato dai piedi, mentre si perde l’equilibrio se la verticale “esce” da questa base. Non si trascureranno attività pratiche per stabilire quando un corpo appoggiato si trova in condizione di equilibrio stabile, instabile, indifferente.

L’equilibrio delle leve, invece, sarà affrontato più opportunamente in seconda.

4° FASE: “ Sintetizziamo e fissiamo i concetti appresi” Attraverso le attività svolte nelle fasi precedenti, gli allievi hanno potuto verificare i principi che regolano l’equilibrio dei corpi in alcune semplici situazioni note. L’argomento sarà ripreso in seconda e in terza a diversi livelli di complessità fino a pervenire agli aspetti più squisitamente formali.

Si concluderà, pertanto, il percorso di apprendimento effettuando una sintesi grafica, corredata da commenti e didascalie, da documentare su un cartellone realizzato collettivamente, oppure mediante una mappa concettuale di sintesi.

Materiali per l’approfondimento e la personalizzazione dei percorsi.  Da leggere: - Asimov, Biografia della Fisica, Zanichelli, Bologna -AAVV., Enciclopedia della Scienza, Arnoldo Mondadori Editore, Milano.  Da vedere: LA MECCANICA (Serie Fisica e senso comune, ERI – La Nuova Italia) 7

Verifiche e Portfolio.

Si propongono alcune esemplificazioni di prove per verificare gli obiettivi

specifici di apprendimento e quelli formativi individuati.

Per le conoscenze 1. Barra con una crocetta la risposta corretta.

Il punto in cui si applica il peso di un corpo, si chiama........  baricentro  fulcro  punto di equilibrio  gravità 2. Rispetto a una giraffa, un coccodrillo ha una stabilità…..  minore  uguale  maggiore 4.Quando un corpo appoggiato è in equilibrio?

Se la…………………………………..passante per il suo………………………………cade………………… del poligono di base.

Per le abilità 1. Ovetti di materiale plastico con la stessa forma e le stesse dimensioni stanno in equilibrio su un piano orizzontale, ma in posizioni diverse. Perché?

Figura 4 8

2. Il baricentro di un oggetto si trova sempre all’interno dell’oggetto stesso? Fai un esempio per giustificare la tua risposta.

3. Perché la sfera si trova sempre in equilibrio?

4. Quali di questi corpi appoggiati risultano in equilibrio? Segnali:

Figura 5 Le competenze attese saranno monitorate sia mediante lo svolgimento del compito unitario in situazione che mediante osservazioni sistematiche e altre tecniche qualitativo/narrative quali brainstorming, interviste, questionari o check-list specifiche, di cui si terrà traccia nel Portfolio degli alunni.

Si fornisce un modello di scheda di autovalutazione che l’alunno compilerà alla fine dell’UA e che potrà essere inserita nel Portfolio per documentare, dal suo punto di vista, le competenze maturate .

Scheda di autovalutazione finale dell’UA Alunno……………….. classe….sez….Materia….................Titolo UA :……………......Data ……..

COMPETENZE

Mettere una crocetta

Data di conseguimento

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Annotazioni ……………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………

Annarita Ruberto

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