Indice FISICA E CHIMICA. Per ogni unità in. 1 Il movimento 1. 3 L equilibrio dei corpi Le leve Forze e movimento 21
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- Claudia Giuliani
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1 Indice er ogni unità in una mappa interattiva un test di verifica interattivo con punteggio finale un audioripasso esperimenti, osservazioni e schemi animati, raccolti nella sezione Il tuo laboratorio FISICA E CHIMICA 1 Il movimento 1 Fermi o in movimento? 2 Il moto e i suoi elementi 4 Vari tipi di moto 5 Misuriamo il tempo e lo spazio 6 La velocità 7 Il moto rettilineo uniforme 8 Il diagramma del moto rettilineo uniforme 9 Il moto vario 10 Il diagramma di un moto vario 11 L accelerazione 12 Il moto uniformemente accelerato 13 La caduta libera dei corpi 14 Il diagramma del moto uniformemente accelerato 16 Strumenti per misurare la velocità 17 DA RICORDARE Forze e movimento 21 Che cos è una forza 22 Caratteristiche e misura della forza 23 Composizione di forze 24 Il primo principio della dinamica 26 Effetti del principio d inerzia 27 L attrito 28 Il secondo principio della dinamica 30 Il terzo principio della dinamica 32 Storia delle scienze Galileo Galilei 34 Isaac Newton 35 DA RICORDARE L equilibrio dei corpi 41 Forze in equilibrio 42 L equilibrio statico di un corpo 43 eso e baricentro 44 Determiniamo il baricentro 45 L equilibrio di un corpo sospeso 46 L equilibrio di un corpo appoggiato 47 Le forze nei liquidi 48 Il principio di Archimede 49 Galleggia o affonda? 50 Osservazioni sul peso specifico 52 Il nostro equilibrio 53 Come fa una pesante nave a galleggiare? 54 L aria e la spinta di Archimede 56 Storia delle scienze Il grande Archimede 57 DA RICORDARE Le leve 63 er... vincere le forze 64 Le macchine semplici 65 Come funziona una leva? 66 L uso delle leve è sempre vantaggioso? 68 IV
2 Tipi di leva 69 Il calcolo della potenza 70 Il piano inclinato 71 La vite e il cuneo 72 La carrucola, una particolare leva 73 Storia delle scienze 5000 anni fa... in Egitto 74 DA RICORDARE Simboli e formule 105 I legami chimici 106 La valenza 108 Ioni positivi e ioni negativi 109 I legami ionico, covalente e metallico 110 Salute e sicurezza Elementi e salute 112 Storia delle scienze La storia dell atomo 114 DA RICORDARE La meccanica dei liquidi 79 Le proprietà dei liquidi 80 La pressione idrostatica 81 I fattori da cui dipende la pressione idrostatica 82 Liquidi in quiete 84 articolari... vasi comunicanti 85 Liquidi in movimento 86 Coesione e adesione 88 La pressione in fondo al mare 90 er l ambiente Non sprechiamo l acqua 91 DA RICORDARE Dentro la materia 95 Fenomeni fisici e fenomeni chimici 96 Atomi e molecole 97 Struttura e caratteristiche dell atomo 98 Gli isotopi 100 La tavola periodica degli elementi 101 Tavola periodica degli elementi 102 Metalli e non metalli I fenomeni chimici 120 Le reazioni chimiche 122 Reagenti e prodotti 123 Le equazioni chimiche 124 La legge di Lavoisier 125 La legge di roust 126 I principali composti chimici 127 Ossidi e idrossidi 128 Anidridi e acidi 130 I sali 132 Sostanze acide, basiche e neutre 134 Gli indicatori 136 Riconosciamo l acidità di alcune sostanze 137 Ossidazione e combustione 138 er l ambiente Le piogge acide 139 DA RICORDARE La chimica del carbonio 143 Il carbonio 144 I composti del carbonio 146 erché chimica organica? 148 V RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, Milano
3 Gli idrocarburi 149 Gli zuccheri 150 Gli alcoli 151 Le materie plastiche 152 er l ambiente La plastica biodegradabile Un aiuto all ambiente 153 DA RICORDARE Una stella nasce e... muore 186 Dalle galassie all Universo 188 Il futuro dell Universo 190 La nostra Galassia 192 Il diagramma H-R 193 DA RICORDARE IL SISTEMA TERRA 9 Minerali e rocce 157 La crosta terrestre 158 I minerali 159 Classificazione e proprietà fisiche dei minerali 160 Come si sono formati i minerali? 162 Le rocce 163 Le rocce magmatiche 164 Le rocce sedimentarie 166 Le rocce metamorfiche 168 Il fenomeno carsico 169 Il ciclo delle rocce 170 Minerali preziosi 172 L età delle rocce 174 Salute e sicurezza Minerali pericolosi 176 Storia delle scienze La scoperta del reticolo cristallino 178 DA RICORDARE Stelle, galassie, Universo 183 Dalle stelle... alle galassie Il Sistema Solare 197 Come nasce il Sistema Solare? 198 Il Sole 199 I pianeti del Sistema Solare 200 Altre ipotesi sull origine del Sistema Solare 202 Asteroidi, meteoriti e meteore 203 Le comete 204 Il moto di rivoluzione dei pianeti 205 La legge della gravitazione universale 206 Storia delle scienze La teoria tolemaica e la teoria copernicana 207 DA RICORDARE BIOLOGIA: I VIVENTI 12 Viventi e ambiente 213 Ciascuno nel proprio habitat 214 opolazione, comunità e biotopo 215 Gli ecosistemi 216 Interazioni fra viventi e ambiente 218 Interazioni fra viventi 220 La catena alimentare, una precisa successione 222 Altre catene alimentari 224 VI
4 Reti alimentari 226 Strani casi di simbiosi 227 er l ambiente Salviamo il nostro habitat 228 DA RICORDARE Fra gli ecosistemi 233 Catene e cicli della materia 234 Le piramidi ecologiche 236 La materia circola, l energia fluisce 238 Relazioni di competizione 239 La nicchia ecologica 240 L equilibrio biologico 241 Dinamica degli ecosistemi 242 Il prato 243 Il bosco 244 Lo stagno 246 Come nasce un bosco? 248 Salute e sicurezza Nelle catene alimentari anche veleni 249 er l ambiente L importanza dei boschi 250 Recuperiamo i nostri ambienti 251 DA RICORDARE BIOLOGIA: L UOMO 14 Il corpo umano e l apparato tegumentario 255 L uomo e il suo corpo 256 Il corpo umano, cellule organizzate 258 Tessuti, sistemi e apparati 260 L apparato tegumentario 262 Le funzioni della pelle 264 Il colore della pelle 265 A salvaguardia dell apparato tegumentario 266 Salute e sicurezza Salute e malattia 268 DA RICORDARE Il sistema scheletrico 273 Tessuto osseo e tessuto cartilagineo 274 Ossa e processo di ossificazione 276 Le articolazioni 278 Lo scheletro del capo 280 Lo scheletro del tronco 281 Lo scheletro degli arti 282 Le funzioni del sistema scheletrico 283 A salvaguardia del sistema scheletrico 284 L evoluzione del sistema scheletrico 286 Salute e sicurezza er soccorrere tempestivamente 288 DA RICORDARE Il sistema muscolare 293 Tessuto muscolare e muscoli 294 Il lavoro dei muscoli e l AT 296 Il sistema muscolare e le sue funzioni 298 A salvaguardia del sistema muscolare 300 Qualche muscolo... in particolare 302 Ossa e muscoli, perfette leve 304 Quanta potenza hanno i muscoli? 305 L evoluzione del sistema muscolare 306 DA RICORDARE 308 VII
5 L apparato digerente 311 Il canale digerente 312 I villi intestinali 314 Gli organi annessi 315 La dentatura dell uomo 316 rincipi nutritivi e processo digestivo 317 La prima digestione avviene in bocca 318 La digestione gastrica ed enterica 320 Assorbimento e assimilazione 322 A salvaguardia dell apparato digerente 324 L evoluzione dell apparato digerente 326 Salute e sicurezza SOS carie, un pericolo per i nostri denti 328 DA RICORDARE Alimenti e nutrizione 333 I principi nutritivi 334 Carboidrati, lipidi e proteine 335 Acqua, sali minerali e vitamine 336 Gli alimenti e il fabbisogno alimentare 338 Il valore energetico degli alimenti 340 er una corretta alimentazione 341 Salute e sicurezza Alcuni pericoli nell alimentazione 342 DA RICORDARE L apparato respiratorio 349 Gli organi della respirazione 350 La funzione respiratoria 352 Respirazione esterna e interna 354 A salvaguardia dell apparato respiratorio 355 L evoluzione dell apparato respiratorio 356 DA RICORDARE L apparato circolatorio 361 Il sangue 362 Come funzionano le piastrine 364 I gruppi sanguigni 365 I vasi sanguigni 366 Il cuore 368 Il ciclo cardiaco 369 La circolazione del sangue 370 A salvaguardia dell apparato circolatorio 372 Il sistema linfatico 374 Il tessuto pace-maker 375 L evoluzione dell apparato circolatorio 376 Il fattore Rh 378 Storia delle scienze William Harvey e Marcello Malpighi 380 DA RICORDARE L apparato escretore 385 L eliminazione dei rifiuti 386 L apparato renale 387 Le funzioni dell apparato escretore 388 A salvaguardia dell apparato escretore 390 L evoluzione dell apparato escretore 392 DA RICORDARE VIII
6 FISICA E CHIMICA 4 REREQUISITI Conoscere il concetto di forza Conoscere le leggi di proporzionalità diretta e inversa OBIETTIVI DI ARENDIMENTO Ciò che saprai Il significato di macchina semplice Il concetto di leva e il suo funzionamento I vari tipi di leve Il concetto di piano inclinato Le leve Ciò che saprai fare Individuare i vari tipi di leve e comprenderne il funzionamento Riconoscere leve vantaggiose, svantaggiose e indifferenti Riconoscere altre macchine semplici ercorso di studio er stare in equilibrio sull altalena con la mia sorellina devo mettermi più vicina a lei. erché? Ho spostato la valigia sul carrello senza tanta fatica. Ma quando la valigia era per terra non sono riuscita più a spostarla. erché, se aveva sempre lo stesso peso? er... vincere le forze L uso delle leve è sempre vantaggioso? Le macchine semplici Come funziona una leva? Tipi di leva Il piano inclinato Non sono riuscita a schiacciare una noce con le mani; con lo schiaccianoci è stato più facile. erché? Il calcolo della potenza La vite e il cuneo La carrucola, una particolare leva 5000 anni fa... in Egitto
7 FISICA E CHIMICA er vincere le forze Molte delle nostre attività, come ad esempio sollevare, trascinare, spostare oggetti, richiedono l uso della nostra forza muscolare e per farle a volte facciamo molta fatica, tanto che non sempre riusciamo a vincere le forze che si oppongono ai nostri sforzi. L uomo da sempre ha escogitato sistemi adatti a vincere delle forze impiegando il minor sforzo possibile. Ha scoperto così i vantaggi di alcuni semplici attrezzi che permettono di vincere con una forza di ridotta intensità un altra forza di intensità maggiore. Non riusciremmo mai a spostare un pesante masso con la sola forza dei nostri muscoli. Se usiamo un asta, ci riusciremo e con uno sforzo minore. Nonostante lo sforzo, non riusciremmo a sollevare un secchio molto pesante. L uso della carrucola ci permette, anche se con fatica, di sollevarlo. La carrucola e l asta e tante altre ancora, come vedremo, sono dette macchine semplici, perché non richiedono l uso di un motore. potenza Un qualsiasi dispositivo adatto a vincere una forza, detta resistenza, con la forza muscolare dell uomo, detta potenza, è una macchina semplice. resistenza 64
8 Le macchine semplici Le leve 4 Innumerevoli sono le macchine semplici che l uomo usa quotidianamente: le forbici, la pinza, lo schiaccianoci, il remo, la carriola, l altalena, la carrucola, la bilancia, la vite, le tenaglie, il piano inclinato, la canna da pesca ecc. Come vedremo, tutte le macchine semplici sono riconducibili a due tipi fondamentali, la leva e il piano inclinato. Incominciamo a esaminare una leva. resistenza La leva è un asta rigida libera di ruotare intorno a un punto fisso, detto fulcro (F). A un estremità dell asta è applicata la forza da vincere, la resistenza (R), e all altra la forza adatta a vincere la resistenza, la potenza (). La distanza della resistenza dal fulcro è il braccio della resistenza (br), quella della potenza dal fulcro è il braccio della potenza (bp). R b R fulcro braccio della resistenza b R b braccio della potenza b potenza 65 RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, Milano
9 FISICA E CHIMICA Come funziona una leva? La leva non è altro quindi che un dispositivo che permette di equilibrare due forze, la resistenza e la potenza. Il suo funzionamento dipende proprio dalle condizioni che determinano questo equilibrio. Scopriamo la legge di equilibrio di una leva e ne capiremo il funzionamento. L altalena, su cui sarai salito tante volte, è un perfetto esempio di leva. Hai mai considerato come fate tu e un tuo amico, ad esempio, a mantenere in equilibrio l altalena? Se tu e il tuo amico avete lo stesso peso, posti alle due estremità mantenete l altalena in equilibrio. Se il tuo amico pesa più di te, posti sempre alle estremità, tu salirai in alto e l altalena non sarà più in equilibrio. er ripristinare l equilibrio basta che il tuo amico, più pesante, si avvicini al fulcro. L osservazione ci fa ipotizzare che l equilibrio di una leva dipenda sia dall intensità delle due forze sia dalla distanza delle stesse forze dal centro. Verifichiamolo sperimentalmente. 66
10 Le leve 4 LIBRO DIGITALE L equilibrio di una leva rocurati un asticella e delle biglie tutte uguali. Segna sull asticella 12 tacche a uguale distanza fra loro, da 0 a 6 verso destra e da 0 a 6 verso sinistra. Fai un foro nella posizione 0 e infila l asticella in un perno, in modo che sia libera di ruotare. Appendi all asticella due biglie alla stessa distanza dal centro e osserva: l asticella resta in equilibrio. Cambia adesso la posizione della biglia di sinistra allontanandola dal centro e fai in modo, aggiungendo delle biglie a destra, di avere sempre l asticella in equilibrio. Osserva le posizioni e il numero di biglie usate a) b) esperimento animato 6 6 A sinistra a) 1 biglia in posizione 2 b) 1 biglia in posizione 4 c) 1 biglia in posizione A destra a) 1 biglia in posizione 2 b) 2 biglie in posizione 2 c) 3 biglie in posizione 2 c) Che cosa noti? Come varia il numero di biglie a destra rispetto alla posizione della biglia a sinistra? Se moltiplichi il numero delle biglie per la posizione (sia a destra che a sinistra) ottieni prodotti uguali o diversi? Il numero di biglie per il numero di posizione a sinistra dà un prodotto uguale a quello del numero di biglie per il numero di posizione a destra. uoi dedurre che le due grandezze sono inversamente proporzionali. A sinistra a) 1 x 2 = 2 b) 1 x 4 = 4 c) 1 x 6 = 6 A destra a) 1 x 2 = 2 b) 2 x 2 = 4 c) 3 x 2 = 6 Tenendo presente che il numero di biglie corrisponde all intensità delle forze e che il numero della posizione rappresenta la distanza dal fulcro delle due forze, possiamo affermare che: Una leva è in equilibrio se il prodotto della potenza per il proprio braccio è uguale al prodotto della resistenza per il proprio braccio, ovvero se potenza e resistenza sono inversamente proporzionali ai rispettivi bracci: bp = R br ovvero: : R = br : bp che è la legge di equilibrio di una leva. 67
11 FISICA E CHIMICA L uso delle leve è sempre vantaggioso? La legge di equilibrio di una leva ci permette di valutare se il suo uso è vantaggioso o meno. Ovviamente l uso di una leva è vantaggioso se la potenza da applicare è minore della resistenza da vincere, in caso contrario l uso è svantaggioso; se è necessario applicare una potenza uguale alla resistenza, l uso della leva è indifferente, in quanto non si ha né vantaggio né svantaggio. er la legge di equilibrio, come abbiamo visto, sappiamo che potenza e resistenza sono inversamente proporzionali ai rispettivi bracci; ciò ci permette di fare alcune considerazioni. Se il braccio della potenza è maggiore del braccio della resistenza, per vincere una certa resistenza basta applicare una potenza di intensità minore. In questo caso la leva si dice vantaggiosa: bp > br leva vantaggiosa p Se il braccio della potenza è minore del braccio della resistenza, per vincere una certa resistenza bisogna applicare una potenza di intensità maggiore. In questo caso la leva si dice svantaggiosa: bp < br leva svantaggiosa Se il braccio della potenza è uguale al braccio della resistenza, per vincere una certa resistenza bisogna applicare una potenza di uguale intensità. In questo caso la leva si dice indifferente: bp = br leva indifferente 68
12 Tipi di leva Le leve 4 In base alla posizione del fulcro rispetto alla potenza e alla resistenza, una leva può essere di primo, secondo e terzo genere. Una leva è di primo genere se il fulcro si trova tra la resistenza e la potenza. Essa può essere vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente in base alla lunghezza dei bracci. Sono leve di primo genere l altalena, le forbici, le tenaglie, la bilancia a due bracci, la stadera. b b R potenza () fulcro (F) resistenza (R) LIBRO DIGITALE osservazione animata F R LIBRO DIGITALE Una leva è di secondo genere se la resistenza si trova tra il fulcro e la potenza. Essa è sempre vantaggiosa perché il braccio della potenza è sempre maggiore di quello della resistenza. Sono leve di secondo genere lo schiaccianoci, l apribottiglia, la taglierina, la carriola. resistenza (R) potenza () osservazione animata b R b R F fulcro (F) Una leva è di terzo genere se la potenza si trova tra il fulcro e la resistenza. Essa è sempre svantaggiosa perché il braccio della potenza è sempre minore di quello della resistenza. Sono leve di terzo genere le pinze, la scopa, la canna da pesca, le molle per il camino. potenza () LIBRO DIGITALE osservazione animata resistenza (R) fulcro (F) b b R F R 69
13 Qualcosa di più Il calcolo della potenza A pplicando la legge di equilibrio di una leva è possibile calcolare quanta potenza è necessaria per vincere una certa resistenza o a quale distanza bisogna applicare la potenza per avere più o meno vantaggio. Osserva, ad esempio, il procedimento che ci permette di calcolare la potenza. 102 kg 400 cm 40 cm 100 N 1000 N er spostare un masso che pesa 102 kg, quanta potenza sarà necessaria, sapendo che il fulcro dista 400 cm dalla potenza e 40 cm dalla resistenza? Se il masso pesa 102 kg, offre una resistenza di: F = m a = 102 9,8 N 1000 N er la legge di equilibrio di una leva possiamo scrivere: : R = br : bp e quindi, nel nostro caso, avremo: : 1000 N = 40 : 400 da cui = ( ) : 400 N = 100 N Con una potenza di 100 N la leva sarà quindi in equilibrio; per spostare il masso basta una potenza leggermente superiore a 100 N (circa 10 kg), ad esempio una potenza di 110 N. Osserviamo che R = 1000 N e = 110 N: la leva in questo caso risulta vantaggiosa. SE HAI IMARATO Scrivi vero o falso accanto a ciascuna affermazione. In una macchina semplice la forza da vincere si chiama potenza. La leva è un asta rigida libera di ruotare intorno a un punto fisso, detto fulcro. La distanza della resistenza dal fulcro è il braccio della resistenza. Una leva è in equilibrio se potenza e resistenza sono direttamente proporzionali ai rispettivi bracci. Una leva è di primo genere se il fulcro si trova tra la resistenza e la potenza. Una leva è di secondo genere se la potenza si trova tra il fulcro e la resistenza. Una leva è di terzo genere se la resistenza si trova tra il fulcro e la potenza. 70
14 Il piano inclinato Le leve 4 Un altro tipo di macchina semplice utilizzata per ridurre gli sforzi è il piano inclinato, una superficie rigida, inclinata di un certo angolo rispetto a un piano orizzontale, che permette di superare dislivelli, e quindi sollevare un peso, anziché verticalmente, lungo una certa pendenza che rende più agevole lo spostamento. La passerella di imbarco delle navi, le rampe che permettono di sollevare carichi, ma anche funivie, seggiovie e strade di montagna con tornanti sono esempi di piano inclinato. scaletta verticale passerella di imbarco Nel piano inclinato si considerano: la lunghezza (l) del piano; l altezza (h), cioè il dislivello da superare; il peso (p) da sollevare; la forza (F) necessaria a vincere il peso. Il peso da sollevare col piano inclinato, come vedi, risulta scomposto in due forze di cui p l è parallela al piano ed è la sola che deve essere bilanciata dalla forza F. oiché p l è inferiore al peso del carico, il piano inclinato è una macchina sempre vantaggiosa. h La condizione di equilibrio del piano inclinato è data dalla proporzione: F : p = h : l È quindi evidente che il piano inclinato è tanto più vantaggioso quanto più la sua lunghezza è maggiore dell altezza. 71
15 Qualcosa di più La vite e il cuneo L a vite e il cuneo sono due macchine semplici riconducibili al piano inclinato. Osserva. La vite ossiamo considerare la vite un piano inclinato avvolto a spirale. Lo puoi constatare arrotolando un triangolo rettangolo attorno a una matita. passo spira Le spire permettono l avanzamento della vite con più o meno facilità e velocità a seconda del passo, la distanza tra due spire successive. Gli oggetti a fianco sono basati sul principio di funzionamento di una vite. Il cuneo ossiamo considerare il cuneo la combinazione di due piani inclinati. È formato da un prisma a sezione triangolare avente due facce uguali, i fianchi, e una faccia più piccola, la testa. testa R 1 R 2 fianco È una macchina sempre vantaggiosa, perché la potenza necessaria a farlo penetrare deve vincere una resistenza minore di quella effettiva, in quanto è la risultante delle due resistenze R 1 e R 2. Sono basati sul principio di funzionamento del cuneo gli oggetti raffigurati a fianco. 72
16 Notizie e curiosità La carrucola, una particolare leva gola br F staffa bp disco girevole L a carrucola, esattamente la carrucola fissa, è una macchina semplice molto usata per sollevare pesi. Ti sarà capitato di vederla in qualche fattoria per sollevare il secchio d acqua da un pozzo o in qualche cantiere per sollevare mattoni ai piani alti di un edificio. È una particolare leva di primo genere, costituita da un disco girevole attorno al proprio asse appeso a una staffa e nel cui bordo scanalato, detto gola, scorre una fune. Il fulcro è il centro della ruota, la resistenza è il peso da sollevare e la potenza è la forza applicata per sollevarlo. oiché i due bracci sono entrambi uguali al raggio del disco girevole, l equilibrio della carrucola si ha quando la potenza è uguale alla resistenza e quindi la carrucola è una leva indifferente. Il suo vantaggio è rappresentato dal fatto che essa fa cambiare direzione e verso alla potenza. Ciò permette di equilibrare la resistenza tirando la fune verso il basso, in modo più comodo e agevole, e sfruttando anche la forza del nostro peso; sollevare un peso con una forza dal basso verso l alto è infatti molto più faticoso. R Una carrucola diventa una leva vantaggiosa se si trasforma in una carrucola mobile o in un paranco, un sistema di carrucole delle quali alcune sono fisse e altre mobili. La carrucola mobile è infatti una leva di secondo genere e quindi è sempre vantaggiosa. F bp br R 73
17 Storia delle scienze LIBRO DIGITALE presentazione interattiva 5000 anni fa in Egitto I n Egitto 5000 anni fa furono costruite le piramidi, quelle imponenti costruzioni che ancora oggi destano ammirazione e stupore per l abilità dimostrata dai costruttori. Ti sembrerà difficile crederlo, ma tutte le piramidi sono state innalzate con il solo impiego di macchine semplici quali le leve, il cuneo e il piano inclinato e, ovviamente, l immane e disumana fatica degli schiavi. Le famose piramidi di Giza: al centro quella di Cheope, la più alta (146 m). er innalzarla sono stati usati più di due milioni di blocchi di pietra calcarea e circa schiavi. Il lavoro incominciava con l estrazione dei blocchi di pietra dalle cave situate in riva al Nilo. Si procedeva facendo dei fori e inserendo in essi dei cunei di legno che venivano costantemente bagnati; il legno assorbiva l acqua, aumentava di volume e spaccava la pietra in blocchi. Questi venivano fatti scendere lungo piani inclinati e poi spostati con dei rulli fino al posto di imbarco. Qui venivano collocati su zattere che imbarcazioni a remi o a vela trasportavano fino al luogo in cui doveva sorgere la piramide. Innalzarli per procedere alla costruzione era compito ancora degli schiavi, che si aiutavano sempre con piani inclinati, leve e rulli. 74
18 Le leve 4 Un qualsiasi dispositivo adatto a vincere una forza, detta resistenza, con la forza muscolare dell uomo, detta potenza, è una macchina semplice. La leva è un asta rigida libera di ruotare intorno a un punto fisso, detto fulcro (F). A un estremità dell asta è applicata la forza da vincere, la resistenza (R), e all altra la forza adatta a vincere la resistenza, la potenza (). La distanza della resistenza dal fulcro è il braccio della resistenza (br), quella della potenza dal fulcro è il braccio della potenza (bp). resistenza R b R fulcro braccio della resistenza b R b braccio della potenza b potenza Una leva è in equilibrio se il prodotto della potenza per il proprio braccio è uguale al prodotto della resistenza per il proprio braccio, ovvero se potenza e resistenza sono inversamente proporzionali ai rispettivi bracci: bp = R br, ovvero : R = br : bp. bp > br : leva vantaggiosa bp < br : leva svantaggiosa bp = br : leva indifferente potenza () fulcro (F) resistenza (R) Una leva è di primo genere se il fulcro si trova tra la resistenza e la potenza. Essa può essere vantaggiosa, svantaggiosa e indifferente. Una leva è di secondo genere se la resistenza si trova tra il fulcro e la potenza. Essa è sempre vantaggiosa. Una leva è di terzo genere se la potenza si trova tra il fulcro e la resistenza. Essa è sempre svantaggiosa. resistenza (R) potenza () Il piano inclinato è un tipo di macchina semplice, formato da una superficie rigida, inclinata di un certo angolo rispetto a un piano orizzontale, che permette di superare dislivelli e quindi sollevare un peso, anziché verticalmente, lungo una certa pendenza che rende più agevole lo spostamento. La condizione di equilibrio del piano inclinato è data dalla proporzione: F : p = h : l. fulcro (F) potenza () resistenza (R) fulcro (F) h 75
19 FISICA E CHIMICA Ricopiale su un quaderno con il loro significato. Macchina semplice Resistenza otenza Leva Fulcro Leva vantaggiosa Leva svantaggiosa Leva indifferente iano inclinato Cio Ciò che sai 1. Che cos è una leva? 6. Completa. a) Una leva è di primo genere quando 2. Inserisci al posto dei puntini il termine corrispondente a ciascuna definizione. a) Forza da vincere: b) Forza che viene applicata per vincere: c) Distanza della resistenza dal fulcro: d) Distanza della potenza dal fulcro: 3. Quando una leva è in equilibrio? essa è b) Una leva è di secondo genere quando essa è c) Una leva è di terzo genere quando essa è,,, 4. Scrivi la legge di equilibrio di una leva sotto forma di proporzione. 7. Che cos è il piano inclinato? 5. Completa. a) Una leva si dice vantaggiosa 8. Scrivi la legge di equilibrio di un piano inclinato sotto forma di proporzione. b) Una leva si dice svantaggiosa c) Una leva si dice indifferente 76
20 Le leve 4 Cio Ciò che sai fare 9. Nelle seguenti leve individua il fulcro, la potenza, la resistenza. a) b) 10. Riconosci in ciascuno degli oggetti illustrati il tipo di leva che rappresentano. a) leva di genere b) leva di genere c) leva di genere d) leva di genere e) leva di genere f) leva di genere Nei seguenti esercizi calcola il valore della potenza delle leve date e stabilisci, per ognuna, se è vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente. 11. p bp = 5 br = 5 R R = 7 kg = È una leva F 77
21 FISICA E CHIMICA 12. R = 3 kg bp = 2 br = 8 R = È una leva F 13. R = 18 kg bp = 9 br = 1 R = È una leva F 14. Una leva è costituita da un asta rigida e a una sua estremità, distante 40 cm dal fulcro, è posto un peso di 50 kg. A quale distanza dal fulcro occorre mettere un peso di 20 kg per ottenere l equilibrio della leva? 15. Su una leva, a 15 cm dal fulcro, è posto un peso di 30 kg. Quale peso deve essere posto a 45 cm dal fulcro perché la leva resti in equilibrio? 30 g 15 cm 45 cm? 16. Una leva di primo genere è lunga 12 cm. Se la resistenza è di 8 N e il suo braccio misura 3 cm, di quanti newton sarà la potenza? 17. Una leva di secondo genere è lunga 20 cm. Con una resistenza di 10 N avente un braccio di 8 cm, essa è in equilibrio; qual è la potenza applicata? 18. Una leva di terzo genere lunga 80 cm vince una resistenza di 12 N con una potenza di 32 N. Quanto è lungo il braccio della potenza? 78
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