Il peso specifico. Dal concetto di pesante al concetto di peso specifico. Classi terze della scuola secondaria di primo grado

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1 22/04/14

2 Il peso specifico Dal concetto di pesante al concetto di peso specifico Classi terze della scuola secondaria di primo grado

3 Tale percorso viene inserito all inizio del secondo quadrimestre, quando i ragazzi : hanno già acquisito e fatto esperienze del concetto di volume e capacità e loro differenza hanno già imparato a determinare il volume di oggetti regolari ed irregolari hanno imparato a pesare gli oggetti con la bilancia, tenendo conto della tara

4 Obiettivi essenziali di apprendimento: Imparare a distinguere il concetto di pesante dal concetto di aver maggior peso Imparare a determinare il peso specifico di liquidi quali acqua ed olio e confrontarlo anche graficamente Imparare a determinare il peso specifico di cubetti e parallelepipedi di vari materiali Imparare a determinare il peso specifico di solidi irregolari di vari materiali

5 Approccio metodologico: È indispensabile che ciascun ragazzo faccia esperienza diretta e pratica di ciascuna attività proposta, pertanto ciascuna classe è stata divisa in gruppi di 4 ragazzi ciascuno, ogni gruppo aveva a disposizione il materiale da laboratorio ed un quaderno dove annotare i dati raccolti. Si sono proposte 4 attività: 1 ATTIVITA. Osservazione di oggetti di materiale vario, rilevazione teorica e pratica del peso di ciascuno 2 ATTIVITA. Pesare volumi variabili di acqua e volumi variabili di olio, confronto pesi, costruzione di tabelle e grafici 3 ATTIVITA ) Pesare e determinare il volume di solidi regolari di materiali vari e ricavare il relativo peso specifico 4 ATTIVITA ) Pesare e determinare il volume di solidi non regolari di materiali vari e ricavare il relativo peso specifico Al fine di ogni attività è risultato importante condurre una discussione su quello che era stato fatto, con confronto di dati raccolti ed analisi di questi stessi, per concludere e concettualizzare

6 MATERIALI UTILIZZATI I materiali utilizzati sono tutti di facile reperibilità : Oggetti di materiale vario es. di ferro, di plastica, di vetro, di alluminio eccetera, Olio, acqua distillata, cubetti di materiali vari, oggetti irregolari come ad esempio sassi e pezzi di ferro. Importante: carta millimetrata per la costruzione di grafici, cubo in plastica trasparente da 1 decimetro cubo, cubetti da 1 centimetro cubo APPARECCHI E STRUMENTI Becher, cilindri graduati, imbuti, bottiglie, calibro, righello, bilance elettroniche,

7 AMBIENTE IN CUI E STATO SVILUPPATO IL PERCORSO Il percorso sperimentale è stato svolto interamente in laboratorio didattico, anche le discussioni sono state svolte prevalentemente in laboratorio, al fine di ripetere alcuni esperimenti qualora ci fossero stati dubbi, perplessità o difficoltà nel capire alcuni passaggi sperimentali. I ragazzi sono stati più volte invitati a completare alcuni grafici come compiti per casa

8 TEMPO IMPIEGATO PER LA PROGETTAZIONE Il percorso è stato interamente progettato durante il corso di formazione tenuto dalla professoressa Savini Paola presso la nostra scuola ( circa 6 ore) TEMPO IMPIEGATO PER LE ATTIVITA I tempi che generalmente si impiegano in laboratorio sono sempre variabili, chiaramente ci si pongono dei limiti : 2 ore per ciascuna delle 4 attività, anche se per la seconda attività ( sperimentazione con olio ed acqua) sono state impiegate ben 4 ore. L attività è stata condotta in due mattinate consecutive Si è poi dedicata un ora circa, alla fine di ogni attività per la discussione e la concettualizzazione. Complessivamente si sono impiegate 14 ore

9 I ragazzi hanno partecipato tutti attivamente alle attività proposte, qualora qualcuno risultasse assente, si faceva ripetere l attività oralmente da qualche compagno e talvolta si rifaceva qualche esperimento svolto in laboratorio, in modo tale che ciascuno non rimanesse indietro e potesse continuare a seguire il percorso. L approccio sperimentale suscita sempre un grande entusiasmo negli alunni Prima di procedere con le varie attività sperimentali e durante il percorso stesso, ci si è più volte soffermati a ripetere e consolidare la corrispondenza volume capacità, argomento che risulta sempre un notevole scoglio da superare. A tal riguardo si sono utilizzati cubetti colorati con lo spigolo di un centimetro ed un cubo di plastica cavo con lo spigolo di un decimetro. Più volte, nel corso della sperimentazione, si è fatto riempire il cubo cavo e si è fatto sperimentare la sua capacità (1 litro).

10 PERCORSO DIDATTICO PRIMA ATTIVITA Si sono presentati ai ragazzi oggetti di vari materiali, si è chiesto quale oggetto secondo loro pesava di più e quale di meno. Gli oggetti sono stati scelti in modo tale da avere oggetti in ferro più leggeri rispetto ad oggetti in plastica ed in legno. Si è chiesto poi di distinguere i vari oggetti in due categorie: Più pesanti e Meno pesanti e di scrivere sul quaderno tale distinzione

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12 In seguito viene riportata la classificazione dei ragazzi Come si può vedere dai loro quaderni, i ragazzi sono convinti che gli oggetti di ferro ed in generale quelli in metallo, abbiano peso maggiore

13 I Si è poi passati a pesare effettivamente gli oggetti e subito i ragazzi si sono resi conto che le stime in alcuni casi non erano state corrette, hanno infatti capito che non sempre oggetti grandi sono pesanti più di oggetti piccoli e soprattutto non sempre gli oggetti di ferro pesano più degli oggetti di plastica e degli oggetti di legno.

14 Si è poi fatto pesare a ciascun gruppo un cilindro da 25 ml vuoto, e poi si è fatto pesare con 12 ml di olio. In seguito si sono pesati 6 ml di acqua distillata, e si è ottenuto che il peso dell olio è maggiore del peso dell acqua.

15 Si è chiesto : è possibile affermare, dopo questa esperienza, che l olio è più pesante dell acqua? Alcuni alunni sono arrivati a rispondere subito che non abbiamo confrontato le stesse quantità, d altro canto è abbastanza risaputo che l olio galleggia sull acqua quindi i ragazzi deducono anche da questo che l olio pesa di meno dell acqua. Si è chiesto anche: è possibile affermare, dopo le esperienze precedenti, che il legno o la plastica sono più pesanti del ferro? Anche in questo caso alcuni ragazzi hanno messo in evidenza che i pesi non potevano essere confrontati in quanto gli oggetti avevano forme differenti e sicuramente volumi differenti. Alcuni ragazzi hanno inizialmente parlato infatti di forma, altri si sono corretti parlando invece di volume

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17 Alla conclusione dell attività i ragazzi sono riusciti a capire che una sostanza è più pesante di un altra quando, a parità di volume, pesa di più. Si è discusso sul concetto di aver maggior peso che è correlato al peso, mentre il concetto di pesante è correlato sia al peso che al volume.

18 La discussione ha messo in evidenza che si può confrontare il peso di due liquidi e più in generale di due oggetti, non sempre il corpo che ha maggior peso è quello che risulta più pesante in assoluto, in particolare la differenza di dimensioni e quindi di volume implica una differenza nel peso. Quindi si arriva a concettualizzare la necessità di confrontare volumi uguali per decidere quale corpo è più pesante

19 SECONDA ATTIVITA I ragazzi hanno cominciato a pesare 10 ml di acqua, e poi 25 ml, e poi 50 ml, 100 ml, 250 ml, 500 ml e 1000 ml, riportando in una tabella volumi e pesi corrispondenti, di fianco è riportato un esempio del loro quaderno.

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22 In una prima discussione i ragazzi hanno posto l attenzione sulle piccole differenze dei dati raccolti da ciascun gruppo. In ogni attività sperimentale esiste un margine di errore sperimentale al quale i ragazzi sono già abituati per le precedenti esperienze fatte in laboratorio Osservazione ed analisi delle tabelle: Il valore del volume dell acqua è leggermente superiore al valore del peso, trovandoci infatti a Maggio, la temperatura in laboratorio è risultata di 27 C. Il volume dell acqua dipende dalla temperatura, e quindi anche il peso di una data quantità dipenderà dalla temperatura Si è chiesto: Quanto pesa un ml ( e quindi 1 cc) di acqua? Prova a trovare un sistema per calcolare tale peso

23 In seguito sono riportate le testimonianze dei ragazzi ed i loro calcoli

24 Calcolando quindi il rapporto tra valori corrispondenti di peso e di volume della tabella, per qualsiasi coppia di valori, si ottiene sempre lo stesso risultato: 0,99 a 27 C. che cosa significa il valore trovato? quel valore significa che 1 cc di acqua pesa 0,99 grammi-peso a 27 C.

25 E a questo punto che abbiamo introdotto il termine peso specifico e ne abbiamo dato una definizione: per peso specifico si intende il peso dell unità di volume. Si è fatto consultare una tabella di pesi specifici ed abbiamo trovato che il peso specifico dell acqua a 4 C è 1. che cosa significa? Significa che 1 cc di acqua a 4 C pesa 1 grammo-peso. Alla temperatura di 4 C, per l acqua, vi è quindi identità tra volume espresso in cc e peso espresso in grammi-peso, cioè il volume ed il peso sono espressi dallo stesso valore. E necessario quindi precisare la temperatura alla quale i valori di ps si riferiscono. Nel nostro caso la temperatura era decisamente superiore a 4 C, e quindi il peso specifico di un cc di acqua è risultato differente.

26 SOLIDI LIQUIDI Materiale Peso specifico Materiale Peso specifico Abete 0,6 Acido solforico 1,85 Acciaio 7,85 Acqua distillata 1 Alluminio 2,7 Acqua di mare 1,03 Argento 10,5 Alcool 0,8 Catrame 1,20 Benzina 0,75 Cemento 1,50 Etere 0,74 Diamante 3,55 Latte 1,03 Ferro 7,5 Mercurio 13,6 Ghiaccio 0,92 Olio di oliva 0,9 Ghisa 7 Marmo 2,5 Oro 19,5 AERIFORMI Piombo 11,35 Platino 21,5 Materiale Aria Peso specifico 0,0013 Rame 9 Ossigeno 0,0014 Sughero 0,25 Vetro 2,5

27 I ragazzi quindi concludono nel loro quaderno:

28 I ragazzi hanno proseguito pesando 10 ml di olio, e poi 25 ml, e poi 50 ml, 100 ml, 250 ml, 500 ml e 1000 ml, riportando in una tabella volumi e pesi corrispondenti. A destra e di seguito le tabelle dei ragazzi, ed i relativi calcoli.

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30 Gli studenti, dividendo il peso per il volume di diversi campioni di olio, hanno trovato sempre lo stesso valore 0,9. Anche in questo caso scrivono: Il peso di un millilitro d olio, che corrisponde ad un centimetro cubo, è di 0,9 grammi, questo lo leggiamo anche nelle tabelle dei pesi specifici. A differenza dell acqua, per l olio non c è variazione con la temperatura dell ambiente Il il peso specifico dell olio è di 0,9 g-peso/cc.

31 Nella successiva parte abbiamo più volte ripreso oralmente il concetto di peso specifico, i ragazzi hanno risposto a queste semplici domande: Quanti cc ci sono in un decimetro cubo? Quanto pesa un decimetro cubo di acqua? Quanto pesa un decimetro cubo di olio? Quanto pesa un metro cubo di acqua? Quanto pesa un metro cubo di olio? E stata più volte richiamata l attenzione dei più deboli sulla corrispondenza volume - capacità, facendo ricorso al cubo trasparente in plastica da 1 decimetro cubo ed ai cubetti da 1 cc ciascuno

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33 Come attività per casa, si è chiesto ai ragazzi di costruire un grafico su carta millimetrata, riportando in ascissa i valori del volume testato ed in ordinata i corrispondenti pesi. Sullo stesso grafico sono stati riportati i valori dell acqua e dell olio. Nella foto seguente si riporta un esempio.

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36 I grafici di ciascun alunno sono stati corretti. In classe sono state fatte alcune considerazioni sul rapporto Peso Volume costante per ciascuna sostanza considerata. Una buona parte di alunni hanno riconosciuto un rapporto di proporzionalità diretta.

37 TERZA ATTIVITA Sono stati distribuiti a ciascun gruppo di lavoro 6 cubetti di materiale diverso dei quali i ragazzi non conoscevano nulla, dovevano trovare il volume, prendendo direttamente le misure con il calibro o con il righello, pesarli con la bilancia elettronica e quindi calcolare il peso specifico. Dall analisi delle tabelle messe a loro disposizione dovevano indovinare di quale materiale fossero fatti i cubetti.

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42 QUARTA ATTIVITA DETERMINAZIONE DEL PESO SPECIFICO IN SOLIDI CON FORMA IRREGOLARE Per tale attività sono stati utilizzati dei sassi in marmo con forma irregolare, ed alcuni sassi in granito. I ragazzi hanno determinato il volume dei sassi tramite immersione in acqua, posta in un cilindro graduato. Hanno poi pesato i sassi e, tramite il rapporto Peso /Volume, hanno trovato il peso specifico del marmo e del granito.

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46 VERIFICA DEGLI APPRENDIMENTI Durante tutto il corso della sperimentazione, gli interventi dei ragazzi sono stato oggetto di valutazione, in modo tale che l impegno in laboratorio risultasse maggiormente motivato. Alla fine di ogni attività si raccoglievano i quaderni per valutare con quanto impegno i ragazzi avessero seguito ed annotato le attività proposte, e soprattutto per capire se ci fossero stati punti non chiari da ripetere o da presentare nuovamente Sono poi state proposte le domande riportate di seguito come compito da svolgere a casa:

47 Dati due corpi con lo stesso volume possiamo dire che hanno lo stesso peso? Perché? Motiva la risposta. Due oggetti con lo stesso peso occupano volumi diversi. Quale dei due corpi ha peso specifico maggiore? Motiva la risposta. Qual è il peso di 1cc di argento? Che cosa ti serve per rispondere alla domanda? L alcool ha un ps di 0,8 g-peso/cc. Riempi una tabella dando al volume valori arbitrari e calcolando i corrispondenti valori di peso. Riporta poi in grafico il peso in funzione del volume. Mettendo su una bilancia a piatti, da una parte un cubo di rame di volume pari ad 1cc, e dall altra un cubo d oro di volume pari a 1cc, da che parte penderà la bilancia?

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49 La seguente verifica è stata somministrata come compito in classe da svolgere in circa 2 ore: 1. Qual è il peso di un centimetro cubo di ferro? Che cosa ti serve per rispondere alla domanda? 2. Mettendo su una bilancia a due piatti da una parte, un cubo di rame dal volume pari ad 1 cm3, e dall altra un cubo d argento di volume pari ad 1 cm3, pensi che la bilancia sia in equilibrio? Se pensi di no, da quale parte pende? 3. Considera il peso specifico della benzina (lo trovi nella tabella che ti è stata consegnata). Riempi la seguente tabella: Volume in cm3 di benzina Peso in gp

50 Riporta ora in grafico il peso in funzione del volume e stabilisci di che tipo di proporzionalità si tratta. 4. Osserva il seguente grafico: Peso specifico 1,5 (cemento) 0,6 (legno) 9 (Rame) 7,2 (Zinco) Quale dei due materiali ha peso specifico maggiore? Perché? Volume 5. L insegnante porta in classe solidi diversi per forma e materiale, ma tutti dello stesso peso di 180 g e comunica ai ragazzi quali sono i materiali che

51 Completa la tabella calcolando i valori incogniti dei volumi Rifletti: quale relazione lega peso specifico e volume in corpi con peso costante? Sapresti indicare il tipo di proporzionalità che risulta dalla tabella sopra indicata? 6. Vi si vuole vendere un piccolo cubetto d oro che ha il lato di 2 cm e pesa 63 grammi peso. Siete sicuri che si tratti di oro? Che cosa ne pensate? 7. Se il Ps=P/V indica quanti g-peso di una sostanza sono contenuti nel volume unitario, qual è il significato della grandezza inversa V/P? 8. Come si può procedere per determinate il ps della sabbia?

52 Tale verifica è stata svolta in tutte le terze coinvolte nel progetto, i risultati ottenuti sono stati soddisfacenti. Il 35% dei ragazzi ha ottenuto buoni risultati Il 25 % dei ragazzi ha ottenuto risultati più che sufficienti Il 25% dei ragazzi ha ottenuto risultati sufficienti Il 15% dei ragazzi non ha raggiunto la sufficienza. I risultati insufficienti ottenuti riflettono, comunque, un andamento che i ragazzi hanno costantemente mostrato nel proprio curricolo, legati a varie problematiche degli alunni stessi.

53 Il percorso affrontato ha permesso agli insegnanti coinvolti di proporre un argomento interdisciplinare che rappresenta un nodo cruciale della programmazione di terza media. La programmazione laboratoriale ha stimolato il confronto tra i vari insegnanti e la condivisione di esperienze e di idee. Tale esperienza è stata uno stimolo per la crescita professionale di ciascun insegnante coinvolto.