futuri Gilda Flaccavento Nunzio Romano 2edizione mista Corso di scienze per la scuola secondaria di primo grado con MULTIBOOK
Coordinamento editoriale: Claudia Leante Coordinamento redazionale: Maria Angiola Patriarca Progetto grafico: Studio Mizar, Bergamo Redazione: Tina Locatelli Ricerca iconografica: Imagoteca di Luciana De Riccardis Elaborazione digitale testo e immagini e impaginazione: Studio Mizar, Bergamo Disegni: Daniela Blandino,Bluedit, Graffito, Studio Giancarlo Pennati, Filippo Pietrobon, Andrea Bianchi/Agenzia MIA Copertina: Studio Mizar, Bergamo Foto di copertina: Common frog leaping into water Stephen Dalton/Minden Pictures Stock Photo Agency Referenze iconografiche: Archivio RCS Libri, Archivio Scala, Corbis, Marka, SPL/Contrasto, Shutterstock e inoltre: Look at Sciences-Minden-Phototake-Science& Society-Visual:unlimited-Dennis Kunkel-F.Tomasinelli-M.Brega/TheLighthouse. Per la realizzazione degli inserti Scienziati si diventa: Simona Cerrato, Francesca Petrera, Marta Picciulin, Redazione OggiScienza (Sissa Medialab, Trieste) e inoltre: Alessandro Amato (INGV), Jon Bashor (LBL), Alfred Beran (OGS), Valentina Daelli, Stefano Dal Secco, Paolo Gasparini (IRCCS Burlo Garofolo), Paolo Giubellino (CERN), Margherita Hack, Patrizia Landi (INGV), Rolf Muertter (Biohere), Concetta Nostro (INGV), Pietro Parisse (Elettra), Federica Sgorbissa, Gigi Tomasi, Melania Eva Zanchetta (CBM) Credits degli inserti Scienziati si diventa: CHIMICA- Foto grande apertura: Luca Boarino, Emanuele Enrico (Nanofacility, INRIM) Scienziati si diventa: al centro, Scott Warren and Uli Wiesner, Cornell University; in basso, Swarmbot.org project. Chimico-fisica: pag I: ritratto, Valentina Domenici; schermo a cristalli liquidi, Simona Cerrato; molecola di un cristallo liquido, Valentina Domenici; pag II: molecole tutte allineate, Valentina Domenici; spettro, Valentina Domenici; 2 foto cristalli su Dna, Giuliano Zanchetta; Chimica dei materiali: ritratto, Francesca Maria Toma; attinometro: Sarah Cady; elettrodo nanotubi, Francesca Maria Toma; bus, Tom Page, London; cella solare, Francesca Maria Toma; termogravimetro, Francesca Maria Toma. CIELO: Foto grande di apertura: NASA; scienziati si diventa: foto in alto, A. Schaller (STScI); foto al centro: NASA, ESA, J. Clarke (Boston University), and Z. Levay (STScI); foto in basso: NASA, ESA and P. Kalas (University of California, Berkeley, USA); Astrofisica: pagina I, ritratto e Giulia al lavoro, Giulia Migliori; telescopio Chandra, NASA/CXC/NGST; dipinto di Aurore Simmonet, Aurore Simonnet/Sonoma State University/NASA; pagina II in alto, Galassia Sigaro e Sagittarius A, NASA/CXC/Wesleyan/R.Kilgard et al.; in basso, disegno buco nero, Alain r; scontro tra galassie, X-rayNASA/CXC/IfA/D. Sanders et al; Optical NASA/STScI/NRAO/A.Evans et al. Cosmologo: pagina I, ritratto e Marco al lavoro, Marco Regis; Quintetto di Stephan, NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team; materia oscura, NASA/ESA/Richard Massey; pagina II, Via Lattea, Serge Brunier; scontro tra due galassie (al centro), X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optical: NASA/ STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; le galassie più antiche, NASA, ESA, Y. Izotov (Main Astronomical Observatory, Kyiv, UA) and T. Thuan (University of Virginia); Universo primordiale, WMAP Science Team, NASA. ANIMALI: Foto grande di apertura: Marco Minocci; Scienziati si diventa: foto in alto, Rygel, M.C.; foto al centro, OAR/ National Undersea Research Program (NURP); NOAA; foto in basso, SPL. Etologa: pagina I: ritratto e Lisa al lavoro, Lisa Locatello; foto in alto a destra, Diego Poloniato; pagina II: tutte le foto, Lisa Locatello. Zoologo: tutte le foto, Moreno Di Marco. Partecipa al quiz: dall alto, prima foto, Tom Oates; seconda foto, Simona Cerrato; terza foto, Luca Galuzzi; quarta foto, Fiver Löcker from Wellington, New Zealand; quinta foto, US Fish and Wildlife Service. L Editore si scusa per eventuali omissioni o errori di attribuzione e dichiara la propria disponibilità a regolarizzare. La realizzazione di un libro presenta aspetti complessi e richiede particolare attenzione nei controlli: per questo è molto difficile evitare completamente inesattezze e imprecisioni. L Editore ringrazia sin da ora chi -vorrà segnalarle alle redazioni. Per segnalazioni o suggerimenti relativi al presente volume scrivere a: Direzione Editoriale RCS Libri S.p.A. - Divisione Education Via Rizzoli, 8-20132 Milano fax 0225842613 Le fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuate nei limiti del 15% di ciascun volume/fascicolo di periodico dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art.68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n.633. Le riproduzioni effettuate per finalità di carattere professionale, economico o commerciale o comunque per uso diverso da quello personale possono essere effettuate a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da CLEARedi, Corso di Porta Romana n. 108, 20122 Milano, e-mail: autorizzazioni@clearedi.org Proprietà letteraria riservata www.fabbriscuola.it www.auladigitale.rcs.it ISBN 978-88-451-8550-2 2012 RCS Libri S.p.A., Milano Prima edizione: marzo 2012 Ristampe 2012 2013 2014 2015 2 3 4 5 6 7 8 Stampato presso Rotolito Lombarda, Seggiano di Pioltello (MI)
Presentazione del corso Il corso Futuri scienziati è articolato in 3 volumi relativi ai tre anni della scuola secondaria di primo grado. La materia è suddivisa nei seguenti 4 temi: Materia e fenomeni fisici e chimici; La Terra nel Sistema Solare; Struttura, funzione ed evoluzione dei viventi; Uomo, ambiente e società. Le unità che compongono il volume in apertura propongono i CONTENUTI, i PREREQUISITI, gli OBIETTIVI e la rubrica Perché ne parliamo? che motiva lo studente allo studio dell unità. Nelle lezioni, ovvero i paragrafi, le definizioni sono messe in evidenza per facilitare la memorizzazione. Sperimenta guida lo studente nello svolgimento di un esperimento portandolo alla deduzione finale. Osserva accompagna lo studente all osservazione di un dato fenomeno. Lo sai che... Perché? Come fare per... rubriche di approfondimento, curiosità e operatività Le lezioni si chiudono sempre con Rifletti e rispondi, box che propone domande per la verifica immediata dei contenuti III
Nella seconda parte dell unità i contenuti vengono ampliati in alcune schede: APPROFONDIAMO, che completa gli argomenti dell unità con un approccio sia teorico sia pratico. IN PASSATO, che propone pagine che curano l aspetto storico delle scienze. SCIENZE E..., pagine di educazione alla salute, alla sicurezza e all ambiente. ENTRA IN LABORATORIO, dove vengono proposti numerosi esperimenti organizzati in step che inducono l alunno a ragionare sui fenomeni. In chiusura di unità: MI PREPARO ALL INTERROGAZIONE: la sintesi di fine unità proposta come una simulazione dell interrogazione a domande e risposte VERIFICHIAMO: pagine che presentano esercizi di verifica delle conoscenze e delle abilità e che, attraverso la rubrica Scienze e Matematica, propongono esercizi specifici che mettono in gioco competenze matematiche in ambito scientifico Gli inserti SCIENZIATI SI DIVENTA... offrono lo spunto per avvicinarsi alle scienze di oggi e di domani attraverso interviste a ricercatori che si raccontano, spiegano in che cosa consiste il proprio lavoro e a che cosa serve, quali sono gli strumenti e le immagini che utilizzano. L inserto propone in apertura temi ancora aperti di attualità della scienza per stimolare la curiosità dello studente e in chiusura brevi domande di comprensione del testo; attività lessicali in lingua inglese completano l inserto. IV
Il MULTIBOOK Sulle pagine del volume ric orre spesso il simbolo che rimanda a numerose animazioni interattive presenti nel MULTIBOOK, contenuto nel DVD allegato al corso. Ecco come si presenta il MULTIBOOK per lo studente quando il DVD viene inserito nel computer: Il tuo libro digitale si fa in tre! Nel MULTIBOOK infatti saranno disponibili 3 indici di navigazione: 1. Libro digitale Cliccando sull indice LIBRO si entra nel volume digitale, in cui sono presenti tutte le pagine del testo con pulsanti che attivano contenuti e approfondimenti multimediali e su cui è possibile lavorare con note, matite e zoom grazie agli strumenti posti nella fascia inferiore della schermata. 2. Contenuti multimediali Grazie a un indice che segue la scansione del testo, vengono proposti tutti i contenuti multimediali presenti nel volume organizzati in categorie (video, audio, animazioni e attività) e vengono proposti anche contenuti extra. 3. Immagini La stessa tipologia di indicizzazione è proposta anche per le immagini, sulle quali è inoltre possibile intervenire con appositi strumenti (note, commenti, disegni ecc.). I contenuti digitali presenti nel libro interattivo multimediale sono così organizzati: Lezioni filmate che spiegano e illustrano i contenuti di un argomento specifico dell unità e brevi clip video che animano l iconografia rendendo ancora più chiare ed efficaci le spiegazioni. Esperimenti animati che guidano lo studente nello svolgimento di un esperimento portandolo alla deduzione finale. Osservazioni animate che conducono lo studente all osservazione di un dato fenomeno. Schemi che animano le immagini e le illustrazioni trasformandole in uno strumento di comprensione visiva utile per la memorizzazione dei contenuti. Mi preparo all interrogazione: audioripassi in formato mp3 delle sintesi di fine unità. V
Vengono inoltre proposti contenuti digitali per gli inserti SCIENZIATI SI DIVENTA : una videointervista al ricercatore che presenta se stesso e il suo lavoro, la presentazione dell ente di affiliazione e una galleria di immagini commentate. Il MULTIBOOK è personalizzabile perché permette di indicizzare, a seconda delle proprie esigenze, i contenuti multimediali e le immagini in modo da creare librerie tematiche a supporto della lezione. VI Materiali digitali online per lo studente Oltre che su carta e su DVD (MULTIBOOK), il tuo corso di Scienze prosegue anche sul web: sul sito www.auladigitale.rcs.it sono disponibili numerosi materiali extra destinati allo studente, a completamento dei contenuti cartacei. Per accedervi basta digitare, nell apposito campo presente in tutte le pagine del sito, il codice che si trova nel volume. È possibile scaricare e salvare i contenuti digitali sul computer in modo da poterli trovare facilmente in qualsiasi momento. Per esplorare i contenuti disponibili, basterà cliccare due volte sul file index.html. Il materiale digitale per lo studente è organizzato in 3 sezioni: Il Museo Virtuale Ideale In un ambientazione grafica spettacolare, viene proposta una visita guidata fra le eccellenze dei Musei nel mondo. Il museo ricostruisce 4 ambienti corrispondenti ai 4 temi delle scienze. In ciascuna sala si troveranno 5 oggetti, scelti nelle collezioni dei Musei di tutto il mondo, che rappresentano i progressi più importanti della scienza e della tecnica in quel campo. Per ciascun oggetto vengono fornite informazioni organizzate in tre categorie: che cos è, dove si trova e perché è importante nella Storia della Scienza. La Cinebiblioteca: organizzata in ambienti tematici, propone una selezione di libri e film a sfondo scientifico adatti a una visione in classe o a casa. Materiali per il ripasso e l approfondimento sui contenuti delle unità: Audioripasso, in formato mp3 Quiz interattivi con punteggio finale Mappe interattive per fare il punto sui contenuti studiati Entra in laboratorio, animazioni di esperimenti e osservazioni utili per l approfondimento Storia delle Scienze, presentazioni animate sulle grandi scoperte e sugli scienziati più famosi Glossario interattivo illustrato
Indice Materiali digitali per lo studente Il MULTIBOOK, libro digitale interattivo che accompagna ogni volume del corso, propone numerose animazioni che rendono più vivo e coinvolgente l apprendimento. In sono disponibili: il Museo virtuale ideale la Cinebiblioteca materiali per il ripasso e l approfondimento sui contenuti delle unità: Quiz di verifica interattivi Mappe interattive per fare il punto sui contenuti studiati Entra in laboratorio, animazioni di esperimenti e osservazioni utili per l approfondimento Glossario interattivo illustrato Materia e fenomeni fisici e chimici unità 1 Il moto e le sue caratteristiche 1 In quiete o in moto? 2 Gli elementi caratteristici del moto 4 La misura di queste grandezze 5 Il moto rettilineo uniforme 7 Il diagramma cartesiano del moto rettilineo uniforme 8 Il moto vario 9 Moto vario e velocità media 9 Il diagramma cartesiano del moto vario 10 Il moto accelerato 10 Il moto uniformemente accelerato 12 Il diagramma cartesiano del moto uniformemente accelerato 13 La caduta libera dei corpi 13 Il diagramma cartesiano del moto di caduta libera 15 Approfondiamo Il moto circolare 16 Per misurare la velocità 17 In passato Galileo e la caduta dei corpi 18 La misura del tempo 20 Mi preparo 21 Verifichiamo 22 inserto scienziati si diventa chimico fisica chimica dei materiali VII Indice
unità 2 I principi della dinamica 27 Le forze 28 La pressione 29 Composizione di forze 31 Forze e movimento 33 Il primo principio della dinamica 33 Il secondo principio della dinamica 34 Il terzo principio della dinamica 36 Approfondiamo L attrito 38 Entra in laboratorio La resistenza del mezzo 40 Forme idrodinamiche e aerodinamiche 40 In passato Isaac Newton 41 Scienze e sicurezza Velocità, casco e cinture di sicurezza 42 Mi preparo 43 Verifichiamo 44 unità 3 Forze ed equilibrio 47 Forze in equilibrio 48 Come si determina il baricentro di un corpo? 50 L equilibrio dei corpi 51 L equilibrio dei corpi sospesi 51 L equilibrio dei corpi appoggiati 52 Forze ed equilibrio nei liquidi 54 Approfondiamo La spinta aerostatica 57 Entra in laboratorio Misuriamo la spinta di Archimede 58 Mi preparo 59 Verifichiamo 60 unità 4 Le macchine semplici 63 Le leve 64 Vari tipi di leva 67 Leve vantaggiose, svantaggiose e indifferenti 67 Leva di primo genere 68 Leva di secondo genere 69 Leva di terzo genere 69 Il piano inclinato, la vite e il cuneo 70 Approfondiamo La carrucola, una particolare leva 73 Leve nel nostro corpo 74 In passato Archimede, scienziato e inventore 75 Mi preparo 76 Verifichiamo 77 VIII Indice
unità 5 La meccanica dei liquidi 81 Caratteristiche di un liquido in quiete 82 Le forze di adesione 83 La pressione idrostatica 85 Liquidi in movimento 87 Approfondiamo La tensione superfi ciale 90 Il torchio idraulico 91 I vasi comunicanti 92 Entra in laboratorio La capillarità 93 La tensione superfi ciale 93 Mi preparo 94 Verifichiamo 95 unità 6 Elementi di chimica 97 Le trasformazioni della materia 98 I mattoni della materia 100 Numero atomico e numero di massa 101 Massa atomica e peso atomico 101 Gli isotopi 102 Elettroni e strati elettronici 103 La tavola periodica degli elementi 104 La tavola Mendeleev 105 I legami chimici 107 Il legame ionico 108 Il legame covalente 109 Il legame metallico 110 La valenza 110 Approfondiamo Gli ultimi elementi della tavola periodica 112 In passato L atomo, da Dalton ai giorni nostri 113 Scienze e salute Elementi per la nostra salute 114 Mi preparo 115 Verifichiamo 116 unità 7 Reazioni e composti chimici 119 Le reazioni chimiche 120 Equazioni e leggi chimiche 122 La legge della conservazione della massa 123 La legge delle proporzioni definite 124 I principali composti chimici 126 Gli ossidi 126 Le anidridi 127 Gli idrossidi o basi 127 Gli acidi 128 I sali 129 IX Indice
Sostanze acide, basiche e neutre 131 Approfondiamo Ossidazione e combustione 134 Sintesi, analisi e scambio 135 Entra in laboratorio Una reazione di analisi 136 Una reazione di doppio scambio 136 Una reazione di neutralizzazione 137 Acida, basica o neutra? 138 Mi preparo 139 Verifichiamo 140 unità 8 I composti organici 143 La chimica organica 144 Gli idrocarburi 145 Le materie plastiche 146 Alcoli e acidi carbossilici 146 Carboidrati e lipidi 148 Proteine e acidi nucleici 150 Approfondiamo Il carbonio 151 Il fullerene 152 Entra in laboratorio Le sostanze organiche contengono carbonio 153 La patata contiene amido 153 Mi preparo 154 Verifichiamo 155 La Terra nel Sistema Solare unità 9 Dalle stelle all Universo 157 Stelle e galassie 158 Le stelle 159 Una stella nasce e... muore 160 L Universo: origine e futuro 162 La Via Lattea 165 Approfondiamo Le costellazioni 167 Distanze astronomiche 169 In passato L astronomia, un antica scienza 170 Mi preparo 172 Verifichiamo 173 X Indice
unità 10 Il Sistema Solare 175 Il Sole e l origine del Sistema Solare 176 L origine del Sistema Solare 177 Il Sistema Solare: i pianeti 179 Le leggi di Keplero 180 Gli altri corpi del Sistema Solare 182 Approfondiamo Altre ipotesi sull origine del Sistema Solare 185 I pianeti del Sistema Solare 186 Mi preparo 187 Verifichiamo 188 unità 11 La Terra: il nostro pianeta 191 Sulla Terra: paralleli e meridiani 192 Le coordinate geografiche 193 Il moto di rotazione della Terra 194 Il moto di rivoluzione della Terra 196 Il nostro satellite: la Luna 199 L origine della Luna 200 I movimenti, le fasi lunari e le maree 201 Le fasi lunari 202 Le maree 203 Eclissi di Sole e di Luna 204 Approfondiamo I fusi orari 206 Il moto di rotazione della Terra 207 Il Sole a mezzanotte 208 In passato La Terra è piatta o sferica? 209 Mi preparo 211 Verifichiamo 213 inserto scienziati si diventa astrofisica cosmologo Struttura, funzione ed evoluzione dei viventi unità 12 Elementi di ecologia 219 Dall habitat all ecosistema 220 I componenti abiotici di un ecosistema 223 I componenti biotici di un ecosistema 228 Catene e reti alimentari 233 Reti alimentari 235 XI Indice
Cicli biogeochimici 236 La piramide ecologica 239 Equilibrio e dinamica degli ecosistemi 241 Approfondiamo La nicchia ecologica 244 Il prato, un ecosistema a noi vicino 245 Scienze e ambiente Un fattore devastante per gli ambienti 246 Aree protette in Italia 247 Mi preparo 248 Verifichiamo 250 unità 13 Biosfera e biomi 253 Le zone climatiche della Terra 254 I grandi ambienti: i biomi terrestri 256 I biomi terrestri 256 I biomi acquatici 262 Il bioma marino 262 Il bioma d acqua dolce 264 Approfondiamo Tra bosco e prateria 266 Scienze e ambiente Per un pianeta malato 267 Mi preparo 268 Verifichiamo 269 Uomo, ambiente e società unità 14 Il sistema uomo 271 Il ciclo vitale dell uomo 272 Struttura generale del corpo umano 274 Dalla cellula all organismo 275 L apparato tegumentario 278 La pelle 278 Gli annessi cutanei 279 Le funzioni della pelle 281 Per la salute dell apparato tegumentario 283 Approfondiamo Melanociti e melanina 286 Scienze e salute Salute e malattia 287 Scienze e sicurezza In caso di emergenza 289 Mi preparo 290 Verifichiamo 292 XII Indice
unità 15 L apparato locomotore 295 Il sistema scheletrico: le ossa 296 Le ossa 298 Le articolazioni 300 Lo scheletro 302 Lo scheletro del capo 302 Lo scheletro del tronco 303 Lo scheletro degli arti 304 Le funzioni del sistema scheletrico 305 Per la salute del sistema scheletrico 306 Il sistema muscolare 309 Tipi di tessuto muscolare e muscoli 309 Il lavoro dei muscoli 312 Le funzioni del sistema muscolare 314 Per la salute del sistema muscolare 316 Approfondiamo Formazione e riparazione delle ossa 317 Quali muscoli usiamo per 318 Scienze e salute Impariamo a camminare 320 Mi preparo 321 Verifichiamo 324 unità 16 La nutrizione e l apparato digerente 329 Nutrirsi, un esigenza fondamentale 330 I principi nutritivi 331 Alimenti e fabbisogni 333 I nostri fabbisogni alimentari 333 L apparato digerente 335 Il canale digerente 335 Gli organi annessi: fegato e pancreas 339 Il processo digestivo 340 In bocca la prima digestione 341 La digestione gastrica ed enterica 342 Assorbimento e assimilazione 345 Per la salute dell apparato digerente 347 Approfondiamo Le vitamine 349 Il tuo fabbisogno energetico 350 Scienze e salute Una corretta alimentazione 352 I disturbi alimentari 354 Un pericolo per i denti: la carie 356 Mi preparo 357 Verifichiamo 360 XIII Indice
unità 17 L apparato respiratorio 365 Respirare, un continuo bisogno 366 Gli organi dell apparato respiratorio 367 La respirazione 369 La respirazione esterna o polmonare 369 La respirazione interna o cellulare 373 Per la salute dell apparato respiratorio 374 Approfondiamo Capacità polmonare e vitale 375 Fonazione e linguaggio 376 Scienze e salute Il fumo, una pericolosa abitudine 378 Mi preparo 380 Verifichiamo 381 unità 18 Apparato circolatorio e sistema linfatico 383 Il cuore e il ciclo cardiaco 384 Il ciclo cardiaco 385 Vasi sanguigni e sangue 386 Il sangue 387 I gruppi sanguigni 389 La circolazione del sangue 391 Per la salute dell apparato circolatorio 393 Il sistema linfatico 395 Approfondiamo Il fattore Rh 396 Battito cardiaco ed elettrocardiogramma 398 In passato Harvey e Malpighi 399 Mi preparo 400 Verifichiamo 402 unità 19 L apparato escretore 405 Eliminare i rifiuti 406 Gli organi dell apparato renale 407 Le funzioni dell apparato escretore 408 Per la salute dell apparato escretore 410 Approfondiamo Le analisi del sangue e delle urine 412 Scienze e salute Attenzione ai farmaci 413 Mi preparo 414 Verifichiamo 415 inserto scienziati si diventa etologa zoologo XIV Indice
In quiete o in moto? Gli elementi caratteristici del moto Il moto rettilineo uniforme Il moto vario Il moto uniformemente accelerato 1 Conoscere le unità di misura delle grandezze fondamentali Conoscere il concetto di rapporto Conoscere i concetti di moto e di quiete Comprendere i concetti di velocità e accelerazione Conoscere e distinguere il moto rettilineo uniforme, vario, uniformemente accelerato e di caduta libera dei corpi Osserva l immagine a fianco. L albero lungo la strada, il cagnolino seduto in attesa del suo padrone, l automobile posteggiata sono fermi o si muovono? Sicuramente non avrai dubbi nel dire che sono fermi. La moto che velocemente si allontana, il ragazzo che sta andando a scuola, l uccellino che vola sopra gli alberi sono corpi fermi o in movimento? Anche in questo caso sai affermare che sono in movimento. Adesso osserva questa immagine. La ragazza sulla scala mobile si muove o è ferma? Non è così semplice rispondere, non credi? E ancora. Guardando le due figure in basso, sai dire con certezza se è stato il cane o il coniglietto a muoversi? Come vedi, non è sempre facile capire se un corpo è fermo o in movimento. Per chiarire i nostri dubbi, occupiamoci allora di quest argomento: il movimento e la quiete. Il moto e le sue caratteristiche Materia e fenomeni fisici e chimici
In quiete o in moto? Papà ti ha proposto un bel giretto in automobile e adesso state percorrendo una strada della tua città; sei fermo o ti stai muovendo? Rispetto all automobile o rispetto a papà sei fermo, ma rispetto alla strada ti stai muovendo, e anche rispetto al tuo amico, che ti sta salutando dal marciapiede, ti stai muovendo. Essere fermi o muoversi, cioè la quiete e il moto, sono quindi due concetti relativi nel senso che per renderci conto se ci muoviamo o no dobbiamo fare riferimento a qualcosa che, in quel momento, possiamo considerare fermo. Osserva In queste immagini non riesci a individuare quale dei due ragazzi nella seconda figura risulta essersi mosso. In questo caso, invece, puoi sicuramente stabilire che si è mosso il ragazzo con il casco rosso, perché rispeto alla panchina, che è ferma, è questo ragazzo che risulta aver cambiato posizione. 2 Materia e fenomeni fisici e chimici
Questo qualcosa da considerare fermo, la panchina nel nostro esempio, si chiama sistema di riferimento, ed è a esso che dobbiamo sempre riferire le nostre osservazioni sullo stato di quiete o di moto di un corpo. Se prendiamo in esame, ad esempio, il caso della ragazza sulla scala mobile diremo che: Prendendo come sistema di riferimento la scala mobile, la ragazza è in quiete. MULTI BOOK VIDEO Prendendo come sistema di riferimento il ragazzo fermo alla base della scala mobile, la ragazza è in movimento. Possiamo allora definire questi primi due concetti, quiete e moto, dicendo che: Un corpo è in quiete se, rispetto a un certo sistema di riferimento, non cambia la sua posizione nel tempo. Un corpo è in moto se, rispetto a un certo sistema di riferimento, cambia la sua posizione nel tempo. Quando non si parla di un sistema di riferimento particolare, ci si riferisce alla Terra. In effetti, come sai, il nostro pianeta si muove e quindi tutto ciò che è sulla Terra si muove con essa rispetto al Sole, ma poiché noi siamo su di essa, non avvertiamo il suo movimento e quindi possiamo considerarla un sistema di riferimento fisso. Sarà quindi rispetto a essa che parleremo di moto o di quiete di un corpo e che prenderemo in esame i vari movimenti che studieremo. Rifletti e rispondi Che cosa si intende per sistema di riferimento? Quando un corpo in quiete? Quando un corpo in movimento? 3 1 Il moto e le sue caratteristiche
Gli elementi caratteristici del moto Quali sono gli elementi che caratterizzano il moto di un corpo? Rispondiamo cercando il modo più preciso di descrivere, ad esempio, il moto del signor Paolo da casa sua alla stazione. Sono in ritardo, farò il percorso più breve, che è lungo 400 m; mantenendo una discreta velocità impiegherò dieci minuti circa. Sicuramente dobbiamo indicare il percorso che il signor Paolo ha effettivamente fatto, cioè la traiettoria del moto, la lunghezza di tale percorso, il tempo complessivamente impiegato e la velocità mantenuta. Viale Via B. Cairoli Via B. Cairoli L.go Rossi dell Università Viale Via delle Bombarde Via Isonzo C.so Via Jules Verne Viale Conti Marche Viale Alessandrina Via dei Peroni Via Manzoni Via Omero Via Po Via Grandi V.le d. Stazione Piazza d Italia Viale Marche P.za Regina Via Leonardo Via Bruni dell Università V. Caletta Viale Orchidee Il solco lasciato da ogni sciatore sulla neve evidenzia la sua posizione istante per istante ed è la traiettoria del moto. La scia lasciata da ogni aereo evidenzia la sua posizione istante per istante ed è la traiettoria del moto. Le orme lasciate sulla sabbia evidenziano la posizione del ragazzo istante per istante ed è la traiettoria del moto. La traiettoria del moto è la linea immaginaria formata da tutti i punti che un corpo nel suo spostamento occupa dalla posizione iniziale a quella finale. MULTI BOOK VIDEO La traiettoria è individuata dalla direzione, dal verso e dalla lunghezza e ci dà lo spazio percorso dal corpo. Spazio, tempo e velocità sono quindi gli elementi, o le grandezze, che caratterizzano il moto di un corpo. 4 Materia e fenomeni fisici e chimici
La misura di queste grandezze Per quanto riguarda lo spazio, l unità di misura è il metro (m), con i suoi multipli e sottomultipli. Ma poiché lo spazio è caratterizzato, oltre che dal suo valore assoluto (400 m, ad esempio), anche dalla direzione e dal verso, dobbiamo sempre stabilire il punto di partenza e di arrivo (direzione e verso). Ciò si esprime dicendo che: Lo spazio percorso è una grandezza vettoriale, in quanto è una grandezza individuata dal valore assoluto, detto modulo, dalla direzione e dal verso. Una grandezza vettoriale si rappresenta con un segmento orientato, chiamato vettore. La lunghezza del vettore ci dà il valore assoluto (reale o in scala), la retta a cui appartiene ci indica la direzione e la freccia il verso. punto di partenza verso punto di arrivo direzione 100 m modulo = 100 m 4 = 400 m Il tempo intercorso tra l inizio e la fine del moto è il tempo impiegato. L unità di misura del tempo è il secondo (s oppure sec) e lo strumento di misura è l orologio. Il tempo, come misura, è individuato solo da un valore numerico (5 10 2 ore) e si dice pertanto che è una grandezza scalare. Unità di misura Simbolo Valori secondo s minuto m 1 m = 60 s ora h 1 h = 60 m = 3600 s Per quanto riguarda la velocità, osserviamo che se per percorrere un certo spazio, ad esempio 100 km, abbiamo impiegato 4 ore, vuol dire che ogni ora abbiamo percorso (100 : 4 = 25) 25 km, ovvero che la nostra velocità è stata di 25 km/h (chilometri al l ora). Possiamo pertanto dire che: La velocità, v, è il rapporto fra lo spazio percorso, s, e il tempo impiegato, t, per percorrerlo: spazio percorso v = = s tempo impiegato a percorrerlo t La velocità indica quindi lo spazio percorso nell unità di tempo ed è una grandezza derivata, la cui unità di misura dipende dalle unità di misura dello spazio e del tempo. Se lo spazio è misurato in metri e il tempo in secondi, l unità di misura della velocità è m/s (metri al secondo); se lo spazio è misurato in chilometri e il tempo in ore, l unità di misura della velocità è km/h (chilometri al l ora). 5 1 Il moto e le sue caratteristiche
Secondo le caratteristiche della traiettoria si possono avere vari tipi di moto. Se la traiettoria descritta dal corpo è una linea curva, il moto si dice curvilineo. Se la traiettoria descritta dal corpo è una retta, il moto si dice rettilineo. Secondo il tipo di linea, il moto curvilineo può essere: circolare, se la traiettoria è un cerchio; ellittico, se la traiettoria è un ellisse; parabolico, se la traiettoria è una parabola. ellittico MULTI BOOK VIDEO circolare Anche in base alla velocità del corpo si possono avere vari tipi di moto, quali: il moto rettilineo uniforme, il moto vario e il moto uniformemente accelerato. parabolico Rifletti e rispondi Quali grandezze caratterizzano il moto di un corpo? Perché lo spazio percorso è una grandezza vettoriale? Quando un moto si dice rettilineo? Come può essere un moto curvilineo? 6 Materia e fenomeni fisici e chimici
Il moto rettilineo uniforme Diciamo che un corpo si muove di moto rettilineo uniforme se la traiettoria che esso descrive è una retta e se la velocità si mantiene costante nel tempo. In questo caso il corpo percorre spazi uguali in tempi uguali. Osserviamo un automobile che, su un tratto di strada senza curve e senza ostacoli, si muove di moto rettilineo uniforme alla velocità di 100 km/h. L automobile percorre spazi uguali in tempi uguali: in 1 ora percorre 100 km; in 2 ore percorre (100 x 2) km = 200 km; in 3 ore percorre (100 x 3) km = 300 km; e così via 1 h 2 h 3 h 4 h 100 km 100 km 100 km 100 km 100 km 200 km 300 km 400 km Se un corpo si muove di moto rettilineo uniforme, con la formula s = v t, possiamo quindi calcolare quanto spazio percorrerà in un certo tempo. Il moto di un corpo che si muove lungo una linea retta a velocità costante, percorrendo quindi spazi uguali in tempi uguali, si dice moto rettilineo uniforme. Nel moto rettilineo uniforme s = v t rappresenta la relazione che lega spazio, velocità e tempo e prende il nome di legge oraria del moto rettilineo uniforme. Lo sai che... La legge oraria del moto rettilineo uniforme ci permette di rispondere a tre quesiti. Se ho una velocità costante di 20 m/s, quanti metri posso percorrere in 5 secondi? Ovviamente: (20 5) m = 100 m. Se ho fatto un percorso di 300 km alla velocità costante di 50 km/h, quanto tempo ho impiegato? Ovviamente: (300 : 50) h = 6 h. Se ho percorso 270 km in 3 ore, qual è stata la velocità? Ovviamente: (270 : 3) km/h = 90 km/h. Per rispondere alle domande abbiamo usato tre formule: s = v t t = s v v = s t 7 1 Il moto e le sue caratteristiche