PROIECTUL COMENIUS 2.1

TEWISE

MODULULFORŢĂ ŞI ENERGIE

Open and Distance Learning CenterOpen and Distance Learning CenteOO rpen and Distance Learning Centerpen and Distance Learning Center

CredisCredisCredis CãlãrasCãlãrasCãlãraCãlã srasiiii,,,, RRRRoooommmmâââânnnniiiiaaaa

Vergilica Micescu Klaus-Nicolae Micescu Mircea Nistor

Copyright © 2002-2010 by Project "TEWISE" for the projectteam holub@pi-klu.ac.at

Călăraşi/Romania 2004

FORŢA ŞI ENERGIA

Project Tewise

Modulul Forţă şi Energie (12-15 ani)

Modulul Forţă şi Energie se compune din 27 de fişe de lucru: 14 pentru Forţă şi 13 pentru Energie.

Prin diferite activităţi independente şi de lucru în grup, modulul îşi propune folosirea corectăa celor două noţiuni de către elevi şi înţelegerea sensului acestora.

Se folosesc în mod curent echipamente experimentale construite de către elevi din

materiale recuperabile. Ideea este aceea ca elevii să se familiarizeze cu noţiunile de forţăşi energie şi să le conştientizeze ca pe ceva obişnuit şi nu ca pe ceva care aparţine unei

lumi speciale a laboratoarelor.

În fişe există şi sarcini de lucru mai dificile care sunt însemnate prin *). Acestea se

adresează elevilor care şi-au făcut un hobby din studiul fenomenelor din natură.

Nu avem pretenţia că aceste fişe de lucru epuizează domeniul. Invităm colegii să creeze

altele pentru îmbogăţirea bazei de date.

Conţinut:

FORŢA Interacţiunea şi efectele ei F.01 Acţiunea şi reacăiunea F.02 Interacţiunea poate schimba starea de mişcare a corpurilor F.03 Forţa măsoară interacţiunea corpurilor F.04 Forţa – măsură a interacţiunii F.05 Putem să simţim o forţă? F.06 Forţa – o mărime orientată F.07 Efectul dinamic al forţelor F.08 Efectul static al forţelor F.09 Să construim un dinamometru! F.10 Podul de hârtie F.11 Forţa de frecare -1 F.12 Forţa de frecare – 2 F.13 Greutatea şi mărul lui Newton F.14

I.01

FORŢA ŞI ENERGIA

ENERGIA

Ce este energia pentru mine ? E.01 Cine produce lucru mecanic? E.02 Calculul lucrului mecanic pentru diferite forţe E.03 Lucrul mecanic şi energia E.04 Turbina de vânt E.05 Turbina de apă E.06 Turbina solară E.07 Cartoful utilizat ca baterie electrică E.08 Energia dintr-o alună care arde E.09 Energia cinetică E.10 Lucrul mecanic consumă energia E.11 Acumularea (stocarea de energie) E12 Ce înseamnă cuvântul energie pentru mine? E.13

I.02

FORŢA F.01

Project Tewise

Interacţiunea. Efectele interacţiunii

În lumea ce ne înconjoară nu există corpuri izolate. Corpurile sunt în contact unele cu altele sau se influenţează de la distanţă. Spunem că ele interacţionează, adică acţioneazăreciproc şi simultan unul asupra celuilalt. Efectele interacţiunii pot să fie statice atunci când se produce o deformare a corpurilor (elastică, plastică, alungire, comprimare etc) sau dinamice atunci când se produce mişcarea sau schimbarea stării de mişcare a corpurilor (pornire, accelerare, oprire, frânare, schimbarea direcţiei).

În exemplele următoare precizează în tabelul de mai jos: a) care sunt cele două corpuri care acţionează unul asupra celuilalt; b) care sunt efectele interacţiunii; c) tipul efectului (static sau dinamic).

1. Loveşti cu piciorul o minge de fotbal. 2. Ţii în palmă un măr. 3. Legi cu o sfoară un măr şi îl ţii suspendat. 4. Aşezi cu grijă o carte pe cap şi încerci să o ţii în echilibru câteva secunde.

No. Interacţiunea dintre... Efecte ale interacţiunii Tipul efectului 1. 2. 3. 4.

După completarea individuală a tabelului consultă-te cu grupa!

Constatăm că în natură fiecare acţiune are simultan ca răspuns o reacţiune. În cazurile în care în procesul de interacţiune este implicat corpul nostru reacţiunea o simţim efectiv prin durerea provocată (de exemplu dacă lovim descălţaţi cu piciorul o minge de fotbal). Se spune că rolurile acţiunii şi reacţiunii pot fi schimbate. Gândeşte-te pentru fiecare caz în parte la acest lucru. Discută cu colegii de grupă concluziile la care ai ajuns.

FORŢA F.02

Project Tewise

Acţiunea şi reacţiunea

În experimentele următoare vei putea să-ţi explici anumite fenomene ca efecte ale interacţiunii corpurilor. De exemplu, ce se întâmplă când sufli într-un balon, sau ce se întâmplă când aduci un cui în apropierea unui magnet, sau atunci când apropii un pieptene pe care l-ai frecat de stofă de nişte bucăţele de hârtie. Te vei gândi care este acţiunea şi care este reacţiunea. Mai mult, trebuie să stabileşti în cazurile prezentate acţiunea/reacţiunea produce schimbarea stării de mişcare a corpurilor.

EXPERIMENTE

E1. Leagă un mic tub de plastic la gura unui balon. Umflă balonul şi ţine-l astfel încât să nu iasă aerul. Apoi eliberează-l brusc. Ce se întâmplă ? De ce ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

E2. Pune câteva piuneze într-o cutie de plastic şi apropie de pereţii ei un magnet. Deplasează magnetul în lungul cutiei. Ce observi ? Formulează o explicaţie. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….... …………………………………………………………………………………………………………

E3. Freacă un pieptene de plastic cu o bucată de stofă şi apropie-l la mică distanţă de bucăţele mici de hârtie. Ce observi ? Încearcă şi cu un pieptene pe care nu l-ai frecat de bucata de stofă. Verifică dacă efectul depinde de distanţa de la piptene la bucăţelele de hârtie. Scrie observaţiile!

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Constatăm că este necesar să stabilim o convenţie şi anume la ce corp ne referim, ce corp studiem. Aşa vom putea stabili mai uşor care este acţiunea şi care este reacţiunea. Gândeşte-te ce se întâmplă dacă schimbi corpurile de referinţă între ele !

Reflectează asupra faptului dacă între acţiune/reacţiune şi schimbarea stării de mişcare a corpurilor există vreo legătură.

FORŢA F.03

Project Tewise

Interacţiunea poate schimba mişcarea corpurilor

În mod normal obiectele se află în repaus sau într-o mişcare rectilinie şi uniformă. Întrebarea la care trebuie să răspundem acum este ce se întâmplă cu un corp când altul acţionează asupra lui.

Gândeşte-te la exemplele următoare şi răspunde la întrebări pentru a completa ultima coloană a tabelului.

1. Un măr se desprinde de pe o ramură. Înainte de separare a existat vreo interacţiune între măr şi ramură ? Care este interacţiunea care opreşte corpul ?

2. Un atlet este pregătit să arunce o bilă. Descrie ce observi. Cum crezi că se modificăinteracţiunea dacă ar creşte distanţa de aruncare a bilei ?

3. Un copil doreşte sa mărească viteza bicicletei pe care o conduce. Ce ar trebui săfacă ? Dar dacă ar dori să scadă viteza ?

4. Un copil lansează pe o masă orizontală o bilă metalică. În apropiere, lateral faţă de traiectoria bilei este plasat un magnet. Cum este influenţată traiectoria bilei de prezenţa bilei ?

5. Un copil freacă un piepten din plastic cu o bucată de stofă şi îl apropie de un jet de apă. Ce observi ?

Interacţiunea Obiectul observat Starea

înainte de interacţiune

de mişcare

după interacţiune

Măr - Pământ Mărul în mişcare

Atlet - bilă Bila În repaus

Bicicletă - picior Bicicleta în mişcare cu o vitezăconstantă

Bicicletă - frână Bicicleta În mişcare cu o vitezăconstantă

Bilă - magnet Bila În mişcare rectilinie

Jet de apă - piepten Jet de apă În mişcare rectilinie

Se poate observa că starea de mişcare se poate schimba în două moduri: a) prin creşterea sau descreşterea mărimii vitezei corpului sau b) schimbând direcţia mişcării, deci direcţia vitezei. Gândeşte-te dacă există vreo legătură între interacţiunea dintre corpuri şi variaţia vitezei.

FORCE F.04

Project Tewise

Forţa măsoară interacţiunea dintre corpuri

Interacţiunea dintre corpuri poate fi mai slabă sau mai tare. Pentru a măsura intensitatea unei interacţiuni este necesară o nouă mărime fizică. Aceasta este forţa. În practica curentă forţa este definită ca o acţiune exercitată de muşchii noştri asupra unor obiecte.

Pentru activitatea următoare nu este nevoie numai de cunoştinţele anterioare, ci şi de imaginaţie. După ce vei citi cu atenţie fiecare situaţie descrisă în partea stângă va trebui săîncerci să desenezi în fiecare chenar din dreapta săgeata prin care să reprezinţi forţa corespunzătoare. Astfel, săgeata reprezintă forţa care acţionează asupra obiectului. Lungimea săgeţii depinde de mărimea forţei şi direcţia săgeţii corespunde orientării.

Exemplu Ce reprezintă săgeata ?Un atlet aruncă o bilă Forţa exercitată de mâna pe o direcţie oblică, ° atletului asupra bilei.de la stânga la dreapta.

Ce reprezintă săgeata ?

1. O agrafă metalică este …………………………….. atrasă de un magnet. ..……………………………

Ce reprezintă săgeata ? 2. Un măr suspendat de un ………….…………………. resort este atras de către .……..…………………….. Pământ.

Cine acţionează barca ? 3. Un om aflat …………………………… într-o barcă produce ……………………………. mişcarea acesteia prin împingerea cu vâsla în mal.

FORCE

Project Tewise

Putem simţi o forţă ?

Forţele nu se văd. Putem vedea sau simţi efectele forţelor. Pentru a putea spune încotro este orientată o forţă este suficient să îţi imaginezi că pui mâna acolo unde are loc interacţiunea şi să presupui ce ai simţi.

În experimentul următor vom analiza o acţiune simultană a 3 forţe asupra unui inel metalic.

Ai nevoie de: 2 creioane, 2 inele elastice (bucle de bandă elastică), 3 agrafe de birou, un pahar de plastic, aţă, monede, un inel metalic (sau din alt material), bandă adezivă.

Mod de lucru: Prinde cu bandă adezivă cele două creioane la marginea unei mese, astfel încât să fie paralele între ele şi cu muchiile mesei. Creioanele să depăşească cu 2-3 cm marginea mesei şi să fie între ele o distanţă de aproximativ 15 cm. Atârnă de fiecare creion un inel elastic. Introdu pe inelul de metal 3 agrafe de birou. Două dintre agrafe vor fi prinse de cele două inele de cauciuc, iar de a treia se va atârna un pahar din plastic. În pahar se introduc pe rând monedele avute la dispoziţie. Ce se întâmplă cu inelele elastice ? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Care crezi că sunt forţele care acţionează asupra inelului metalic ?_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ Desfă unul dintre inelele de cauciuc de pe agrafă. Observă ce se întâmplă. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Trage cu mâna de agrafa rămasă liberă până aduci inelul metalic din nou la poziţia în care a fost înainte de a desface bucla elastică. Spune ce simţi ? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Poţi spune cum este orientată forţa cu care tu acţionezi ? Reprezintă această forţă printr-o săgeată, numită vector. ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________

F.05A

FORCE

Fă acelaşi lucru şi pentru celelalte două agrafe şi desenează forţele care acţionează asupra inelului metalic.

Realizează un desen simplificat, astfel: desenează numai inelul metallic şi cele 3 forţe care acţionează asupra lui.

Ce efect au cele 3 forţe asupra inelului ? ____________________________________________ ____________________________________________

Poţi estima ce valoare are rezultanta forţelor* ? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Simţurile noastre pot pune în evidenţă forţele. De multe ori efectele forţelor asupra corpului nostru pot fi dureroase, cum ar fi de exemplu o lovitură de ciocan peste un deget. De aceea este bine doar să ne imaginăm că punem mâna acolo unde se produce o interacţiune. Discută cu colegul tău despre posibile interacţiuni din preajma locului în care te afli. Nu uita căla fiecare interacţiune apar 2 forţe egale şi de sens contrar. Pe care din ele o reprezinţi printr-un vector.

F.05B

FORŢA

Project Tewise

Forţa – măsură a inerţiei

Ca să introducem mai mult sau mai puţin un cui într-un perete trebuie să aplicăm lovituri de ciocan de intensităţi diferite. După mărimea efectelor pe care le produc interacţiunile pot fi mai slabe sau mai tari. Mărimea fizică prin care se măsoară interacţiunea se numeşte forţă. O forţăpoate să fie mai mică sau mai mare. Cum poţi oare să măsori forţa ? Ca în cazul oricărei mărimi fizice. O compari cu o altă forţă aleasă ca unitate de măsură. Unitatea de măsură pentru forţăse numeşte newton şi are simbolul N. Înstrumentul de măsură pentru forţă se numeşte dinamometru. Se poate considera că 1 newton reprezintă aproximativ forţa necesară să ţinem în palmă un corp cu masa de 102 g (0,102 Kg).

Studiază un dinamometru şi descrie-l !1) Resort 12) Tijă 53) Cârlig 2 4) Scală gradată5) Ac indicator 4

3Experiment: Foloseşte un dinamometru pentru a măsura diferite forţe. Efecte statice ale forţei:

Acţiunea Forţa (N) Masa (Kg) Atârnarea unui măr Atârnarea unui penar

Efecte dinamice:

Acţiunea Forţa (N) Tragerea uniformă a unui penar pe un plan orizontal

Efectul unei forţe nu depinde numai de mărimea ei, ci şi de orientarea acesteia. Din acest motiv vom reprezenta forţa printr-o săgeată.

Reprezintă prin săgeţi forţele care acţionează în cazurile de mai sus.

F.06

FORŢA F.07A

Project Tewise

Forţa – o mărime fizică orientată

Efectul unei forţe nu depinde numai de mărimea ei, ci şi de orientarea acesteia. Astfel, dacăridici o găleată cu apă, forţa cu care acţionezi asupra găleţii o reprezinţi cu o săgeatăorientată vertical în sus. Dacă tragi de un sertar, atunci săgeata va fi orizontală, spre tine. Această săgeată prin care se reprezintă o forţă se numeşte vector. Aşadar, forţa este o mărime vectorială. În cele ce urmează vom studia ce se întâmplă dacă asupra unui corp acţionează simultan două sau mai multe forţe.

Ai nevoie de: un obiect oarecare (o carte, un penar), două agrafe de birou, două dinamometre, bandă adezivă, o coală de flip-chart, creion.

Experimentul 1: Întinde pe masa de lucru o coală de flip-chart şi lipeşte-i marginile. Prinde cu bandă adezivă, de două din colţurile cărţii (penarului) câte o agrafă de birou. Agaţă de fiecare agrafă cârligul unui dinamometru şi trage constant pe direcţia fiecărei diagonale a cărţii. Roagă un coleg să traseze cu un creion direcţia pe care înaintează cartea. Trasează şi direcţiile de înaintare ale celor douădinamometre. Ce poţi spune despre direcţiile de acţiune ale forţelor şi despre direcţia de deplasare a cărţii? Consultă-ţi colegul. Realizează un desen.

____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

Experimentul 2: Desprinde una dintre agrafe şi fixeaz-o pe aceeaşi diagonală cu prima, în extremitatea opusă. Trage de cele două dinamometre având grijă ca ele să fie aliniate exact pe aceeaşi diagonală a cărţii. Citeşte indicaţiile dinamometrelor. Ce poţi spune acum ? În ce stare se află corpul ? Realizează un desen. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

FORŢA

F.07A

Regula paralelogramului pentru construirea rezultantei a două forţe* Se poate spune că fiecare forţă acţionează asupra cărţii independent de cealaltă. Cu alte cuvinte, fiecare forţă imprimă propriul efect asupra cărţii, iar cartea se va mişca după o rezultantă a celor două forţe. Rezultanta se află prin regula paralelogramului. Se figurează cele două forţe de-a lungul celor două diagonale pornind dintr-un punct comun (în acest caz la intersecţia diagonalelor). Cele două forţe vor reprezenta două dintre laturile paralelogramului pe care îl construim ducând din vârful fiecărei forţe o paralelă la cealaltă. Forţa rezultantă va fi forţa egală cu diagonala paralelogramului ce porneşte din punctul comun al celor două forţe . (R = F1 + F2).

Dacă direcţiile celor două forţe sunt perpendiculare (adică ∝=90o) mărimea lui R este dată de relaţia R2= F1

2 + F22, adică R= (F1

2 + F22)1/2. R

Ce poţi spune despre cazul indicat în experimentul 2 ? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Care este valoarea rezultantei ? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Care este rezultanta a două forţe egale, cu aceeaşi direcţie, dar cu sensuri opuse ? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________ _________

F.07B

FORŢA

Project Tewise

Efectul dinamic al forţelor

Sub acţiunea forţelor corpurile pot să-şi modifice viteza atât ca mărime, cât şi ca direcţie.

Prin realizarea unor experimente simple vom pune în evidenţă cum un resort din hârtie poate mări sau micşora viteza unei bile. Printr-un alt experiment vom arăta că prin interacţiunea unei bile cu un perete se modifică direcţia de mişcare a bilei.

Experimente E1 : Forţa produce modificarea mărimii vitezei corpurilor. Ai nevoie de: o bandă de carton cu lăţimea de 2 cm şi lungimea de 18 cm, 2 rigle identice, o bilă (din metal sau din sticlă) cu diametrul de 2-3 cm. Realizează dispozitivul: - din banda de carton se realizează prin îndoire în părţi

egale, un resort foarte sensibil. - cele două rigle se aşază pe o masă orizontală, astfel încât muchiile teşite (cu diviziuni) să formeze un jgheab pe care se va mişca bila. Mod de lucru Pune pe jgheabul format din cele două rigle bila cu diametrul de 2-3 cm. Bila aşezată în repaus pe jgheab şi lăsată liberă nu are voie să se mişte La un capăt al jgheabului ţinem un capăt al dinamometrului, iar celălalt capăt îl apăsăm cu bila, astfel încât comprimăm dinamometrul Ce se întâmplă cu resortul şi bila când se lasă sistemul liber ? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ce se întâmplă cu bila după desprinderea de resort ? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

Ţine resortul de carton la un capăt al jgheabului. Lansează o bilă din celălalt capăt. Observă ce se întâmplă cu bila când interacţionează cu resortul din carton. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

Cum este resortul în momentul în care, pentru o clipă, bila se opreşte ? Ce se întâmplă în continuare cu mărimea vitezei bilei ?

E2: Forţa produce modificarea direcţiei vitezei corpurilor. Ai nevoie de: bandă din carton lungă de 60-70 cm şi lată de 2 cm, bandă adezivă, bilă.

F.08A

FORŢA

Realizează dispozitivul : Banda din carton se fixează pe masă în 4-5 locuri cu bandă adezivă, astfel încât să formeze o porţiune de cca. ¾ dintr-un cerc. Lansează o bilă de rulment de 2-3 cm diametru, în interiorul buclei din carton, în interiorul peretelui acestuia. Observă mişcarea bilei. Ce se poate spune despre direcţia vitezei atâta timp cât bila se mişcă în interiorul buclei din carton ?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ce se întâmplă cu direcţia vitezei bilei după ieşirea din buclă ? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

Cine interacţionează în experimental 1 ? __________________________________________________________________________

Cine interacţionează în experimental 2 ? ___________________________________________________________________________

Concluzii:

Efectul forţelor care se referă la mişcarea corpurilor este efectul dinamic al acesteia. Forţele pot fi puse în evidenţă prin efectele pe care ele le produc asupra corpurilor.

F08B

FORŢA F.09A

Project Tewise

Efectul static al forţei

Sub acţiunea forţelor corpurile se deformează, chiar dacă uneori aceste deformaţii nu sunt evidente.

Vei studia în experimentul următor cum se modifică lungimea unei bucle de bandă elasticăsub acţiunea greutăţii unor monede.

Experiment: Ai nevoie de: un creion, un inel elastic, o agrafă de birou, un pahar din plastic, 10 monede identice, o riglă din plastic, bandă adezivă, aţă.

Realizează dispozitivul din figura alăturată: Prinde cu bandă adezivă un creion la marginea mesei. Agaţă de creion un inel elastic. La capătul inferior al inelului atârnă un pahar din plastic prin intermediul agrafei şi nişte aţă. Un capăt al agrafei va fi astfel îndoit încât să devină ac indicator. Fixează de marginea mesei, cu bandă adezivă, o riglă, astfel încât acul indicator să se poată mişca în dreptul diviziunilor riglei. Mod de lucru: Notează în dreptul cărei diviziuni este acul indicator la început (x 0).

Pune în pahar, pe rând, câte o monedă. Notează de fiecare dată în dreptul cărei diviziuni se opreşte acul.

Determină greutatea unei monede cât mai exact. Completează tabelul de mai jos:

Numărul de

monede

Forţa deformatoare

(N)

Poziţia acului

indicator x(mm)

Alungirea benzii x-x0

(mm)

FORŢA F.09B

F.09A Ce formă are graficul trasat ? La ce poate fi folosit acest grafic ?

_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________

Ce instrument ar putea să reprezinte dispozitivul realizat de tine şi pe ce efect se bazează funcţionarea lui ? ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

FORŢA

Project Tewise

Să construim un dinamometru!

Fizica te învaţă, pe lângă alte multe lucruri, să faci măsurători. Măsurarea mărimilor fizice se face cu ajutorul instrumentelor de măsură. Dinamometrul este instrumentul cu care măsurăm forţele.

În această fişă de lucru intenţionăm să construim un dinamometru.

Ai nevoie de:

Un pix transparent a cărui mină (rezervă) este consumată, o rezervă (mină de pix) consumată, 3-4 resorturi (arcuri) de la pixuri pe care nu le mai folosim, monede metalice identice, bandă adezivă, un foarfece, aţă, agrafă de birou.

Mod de lucru:După ce se goleşte tubul pixului se introduc în acesta cele 3-4 arce cu partea mai largă înspre vârful pixului (exact invers decât în mod normal). Se lărgeşte cu foarfecele vârful tubului atât cât să treacă rezerva de pix nestingherită. Se introduce rezerva de pix invers decât în mod normal din partea de sus a pixului. La partea de jos a rezervei, care iese din pix, se leagă cu aţă o agrafă de birou. Dinamometrul este gata şi poate fi etalonat. Etalonarea putem să o facem prin compararea cu un dinamometru funcţional, sau atârnând de el corpuri cu greutate cunoscută, de exemplu monede pe care le cântărim. Masa unei monede pe care o obţinem prin cântărire (în Kg) o înmulţim cu 9,8 şi obţinem greutatea acesteia (în N).

Imaginează şi alte posibilităţi de a construi un dinamometru cu materiale refolosibile.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Reţine ideea de etalonare !

F.10

FORŢA

Project Tewise

Podul din hârtie Constructorii de poduri şi de case trebuie să cunoască bine care sunt efectele statice ale forţei în diferite cazuri. Îţi propunem un experiment prin care să arătăm că un acelaşi obiect suportă sarcini maxime diferite în funcţie de forma corpului.

Experiment: Ai nevoie de: o coală de hârtie A4, două cărţi (mai groase), un pahar cu apă.

Mod de lucru: Folosind cele două cărţi precum nişte picioare de pod, observăm că o foaie de hârtie sprijinită la cele 2 capete de cărţi se îndoaie foarte uşor sub acţiunea propriei greutăţi.

Îndoaie (pliază) aceeaşi coală de hârtie, în lungul ei, din 2 în 2 cm. Pune acum hârtia pliată (precum o armonică) cu capetele pe cele două picioare de pod (reprezentate de cărţi). Observă că foaia de hârtie nu se mai îndoaie sub propria greutate.

Prin pliere s-a schimbat cumva greutatea corpului ?______________________________________________________________________________________

Pune pe podul din hârtie un pahar transparent. Toarnă încet, cu multă grijă apă în pahar până când observi că podul dă semne că nu mai rezistă. Schimbând coala de hârtie cu una cu grosime mai mare vom observa că podul suportă o cantitate de apă mai mare în pahar.

Identifică şi desenează forţele care acţionează în cazul podului de hârtie. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Poţi studia unele soluţii constructive adoptate la podurile metalice, structura de lemn pe care se sprijinăînvelişurile caselor, corpurile de mobilă. Vei observa multe lucruri interesante.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________

F.11

FORŢA

Project Tewise

Forţa de frecare -1

Corpurile se află în contact unele cu altele. Interacţiunile dintre ele se numesc interacţiuni de contact. Atunci când un corp alunecă pe un alt corp există o forţă care se opune înaintării corpului care alunecă. Ea se numeşte forţă de frecare. Există şi forţe de frecare care ajutămişcarea aşa cum este în cazul frecării care apare între talpa pantofului şi podea, sau sol. Am observat că atunci când frecarea este mică (de exemplu la mersul pe gheaţă) nu putem înainta.

În continuare vom studia forţa de frecare care se opune atunci când tragem sau când împingem o carte pe o masă orizontală.

Ai nevoie de: 2-3 manuale de fizică, o mapă din plastic, un fir de aţă, o agrafă de birou, un pahar de plastic şi monede. Mod de lucru: Pune cartea de fizică în mapa din plastic şi agaţă firul de aţă de aceasta. La celălalt capăt al firului, prin intermediul agrafei, prinde paharul de plastic. Firul este trecut peste marginea mesei. În paharul care atârnă de fir, pune, una câte una, monede identice. Observă când începe să se mişte cartea pe masă. Notează numărul monedelor din pahar. Repetă experimentul punând două manuale unul peste altul. Notează din nou numărul monedelor. Discută cu colegul tău asupra forţelor care apar în experiment. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Cine trage cartea ? Cine împiedică mişcarea ? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Reprezintă forţele care acţionează asupra manualului.

Reprezintă forţele care acţionează asupra paharului.

Se observă că mişcarea manualului este împiedicată şi de frecarea care apare între fir şi marginea mesei.

Să realizăm un scripete! Să găsim o soluţie tehnică pentru micşorarea acestei frecări. Soluţia este: trecerea firului peste un scripete. Putem realiza şi noi un scripete dacă găsim o rotiţă cilindrică cu un şanţ pe mijloc care să se rotească uşor pe un ax. O soluţie poate fi pistonul din plastic de la o seringă de unică folosinţă, care are o formăcilindrică. Cilindrul este plin. Prin centrele bazelor cilindrului se înfige un ac de cusut care a fost înroşit la o flacără. Atenţie, capătul acului se prinde cu o mănuşă izolatoare, deoarece frige.

F.12A

FORŢA

După ce se străpung bazele, acul se răceşte la un jet de apă. Se va observa că rotiţa obţinutăse va roti lejer pe acul care devine axul scripetelui. Cele două capete ale axului (acului) se fixează cu bandă adezivă pe două rigle fixate paralel, la o distanţă de 2-3 cm una de alta pe masă. Scripetele elimină aproape complet frecarea cu firul.

Acum greutatea monedelor este practic egală cu cu forţa de frecare. Totodată greutatea cărţii Este practic egală cu reacţiunea normală din partea mesei. Repetăm experimentul punând cărţi de fizică una peste alta.

Greutatea cărţii măsoar-o cu un dinamometru.

Completează tabelul:

Nr. de cărţi

Nr. of monede

Reacţiunea normalăRn (N)

Forţa de frecare Ff (N)

Reprezintă pe un grafic dependenţa mărimii forţei de frecare la alunecare de mărimea reacţiunii Ff(N) normale.

Rn(N) Ce formă are graficul ? ______________________________________________________________________________________________________________________________________ Ce poţi spune despre relaţia dintre forţa de frecare şi reacţiunea normală? ______________________________________________________________________________________________________________________________________

F.12B

FORŢA

Project Tewise

Forţa de frecare - 2

Frecarea poate să fie utilă sau poate să dăuneze.

Scrie câte trei exemple din fiecare caz. ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Compară cu exemplele date de colegul tău. În experimentele care urmează vom studia soluţii de micşorare a frecării dintre corpuri.

E1: Frecare la rostogolire în loc de frecare la alunecare Ai nevoie de: un corp (de exemplu manualul de fizică), 5-6 creioane cilindrice, scripete, pahar din plastic, agrafă, fir de aţă.

Mod de lucru: Se trage de manual prin firul trecut peste scripete şi care la un capăt este prins de manual, iar la celălalt capăt de paharul din plastic în care se pun monede. Pune atâtea monede până când cartea începe să se mişte. Se repetă experimentul punându-se cartea deasupra a 5-6 creioane. Creioanele sunt aşezate perpendicular pe sensul de mişcare, la o distanţă de 2-3 cm unul de celălalt. Compară numărul de monede din acest caz cu cele din situaţia anterioară.

Înlocuind alunecarea cu rostogolirea, frecarea se reduce foarte mult.

E 2: Perna de aer elimină frecarea la alunecare Ai nevoie de: un CD nefuncţional, un capac cum sunt cele de la flacoanele de săpun lichid .

Mod de lucru: Se umflă un balon şi se ataşează capacului. Sub CD se formează o pernă de aer care reduce frecarea.

Temă: Enumără câteva dispozitive care folosesc soluţiile tehnice de micşorare a frecării descries de experimentele de mai sus. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Consultă-te cu colegii din grupă.

F.13

FORŢA

Project Tewise

Greutatea şi mărul lui Newton

Se spune că în vara anului 1666, odihnindu-se într-o livadă, sub un pom, un măr i-a căzut lui Isaac Newton în cap. Acest fapt i-a atras atenţia asupra unui fenomen neexplicat până atunci, căderea corpurilor.

Experimente E1: Încearcă şi tu să provoci şi să observi căderea unor corpuri, dar… nu folosi obiecte fragile!Urmăreşte ce se întâmplă cu aceste corpuri lăsate libere de la o înălţime oarecare. 1. Ce poţi să spui despre starea de mişcare a corpurilor ? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. Cum se numeşte mărimea fizică care are ca efect schimbarea stării de mişcare a corpurilor?

_________________________________________________________________________

Explicaţia lui Newton: Corpurile cad datorită unei forţe numită greutate. Greutatea unui corp este forţa cu care acesta este atras de către Pământ.

E2. Ai nevoie de: câteva corpuri, o balanţă, un stativ şi un dinamometru. Mod de lucru: Fixează dinamometru de stativ şi atârnă de el, pe rând, corpurile. Măsoarăgreutăţile şi masele lor. Calculează raportul G/m şi scrie datele într-un tabel.

Corpul 1 2 3 Greutatea, G (N) Masa, m (kg) G/m (N/kg)

1. Ce poţi să spui despre relaţia dintre greutate şi masă ? _____________________________________________________ _____________________________________________________

2. Ce poţi să spui despre direcţia greutăţii ?

_________________________________________________________________________

3. Exprimă prin desen vectorul greutate.

4. Ce poţi să spui despre raportul G/m în cazurile analizate ?

_________________________________________________

F.14A

FORŢA

Prin urmare, mărul lui Newton (precum şi orice alt corp de la suprafaţa Pământului) este atras cu o forţă de către Pământ numită greutatea mărului. Raportul dintre greutatea oricărui corp şi masa lui, într-un anumit loc de pe suprafaţa Pământului, are aceeaşi valoare, aproximativ 9,8 N/kg.

Temă:

1. Ştim că forţa este o măsură a interacţiunii dintre corpuri. În cazul „mărului lui Newton” care sunt cele două corpuri care interacţionează ?

_____________________________________________________________ _____________________________________________________________

2. Ştim că pentru orice corp raportul (G/m) = const = 9,8 N/kg. Cum putem afla greutatea unui corp dacă cunoaştem masa lui ?

__________________________________________________________________________________________________________________________

3. Un corp care stă pe o suprafaţă plană apasă perpendicular pe aceasta cu forţă egală cu greutatea lui. Din partea planului apare o forţă egală şi de sens opus forţei de apăsare numităreacţiune normală, N.

Reprezintă grafic pentru un măr aşezat pe o masă cele două forţe.

F.14B

ENERGIA E.01

Project Tewise

Ce este energia pentru mine ?

Cuvântul energia l-ai auzit încă înainte de a merge la şcoală. Probabil că l-ai pronunţat şi tu uneori. Ai sarcina să-ţi aminteşti în ce context ai auzit acest cuvânt şi să încerci să spui pe scurt ce înţelegi tu prin energie

Ai nevoie de:

O coală de hârtie, un pix, un plic, un foarfece, creioane colorate, reviste.

Mod de lucru: Această activitate va fi individuală !

1) Scrie pe o coală de hârtie o scurtă întâmplare în care să foloseşti cuvântul energie.

2) Decupează din reviste o poză care, după părerea ta, are legătură cu energia. Poţi înlocui poza şi cu un desen realizat de tine.

3) Scrie sub desen sau poză o indicaţie cu privire la energie.

4) Răspunde scurt la întrebarea: Ce crezi că este energia ?

5) Pune coala de hârtie într-un plic şi înmânez-o profesorului tău.

Profesorul tău va avea voie să citească ce ai scris pe coală. Pe parcursul lecţiilor viitoare vei realiza o serie de activităţi în urma cărora va trebui să încerci să găseşti o definiţie din punct de vedere al fizicii a cuvântului energie.

ENERGIA

Project Tewise

Cine produce lucru mecanic ?

În vorbirea curentă cuvântul lucru este folosit în multe şi diverse situaţii. Spunem despre o persoană care împinge un vagonet (cărucior) că lucrează, dar şi despre o persoană care se află în faţa unui calculator putem spune că lucrează. În fizică noţiunea de lucru este bine stabilită.

În activităţile ce urmează vom încerca să înţelegem ce este lucrul mecanic.

Ai nevoie de: 2 manuale (cărţi), un dinamometru, bandă adezivă, 2 agrafe de birou, o riglă.

Mod de lucru: Se lucrează în grupe de 2-3 elevi. Măsoară cu dinamometrul greutatea fiecărui manual şi notează datele. Atunci când manualul stă pe o masă orizontală el apasă pe suprafaţa acesteia cu o forţă egalăcu greutatea sa. Crezi că în acest caz greutatea cărţii efectuează un lucru ? Scrie care este părerea ta. Sfătuieşte-te cu colegii. _____________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

Ridică cu viteză constantă un manual la o înălţime pe care o stabileşti cu rigla aşezată vertical pe masă. Poţi atârna manualul de cârligul dinamometrului şi apoi să-l ridici încet fără să se modifice indicaţia acestuia. Care este forţa cu care ai ridicat cartea ? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

Ce zici, forţa cu care ai acţionat tu a efectuat un lucru mecanic ? Dar greutatea ? Exprimă o părere cu privire la modul în care ar putea fi calculat lucrul efectuat de forţa ta musculară. ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

Repetă experimentul folosind două cărţi. Poţi face asta în două moduri: ridicându-le pe amândouă odată sau pe rând, câte una.

Notează forţele necesare pentru a ridica cărţile împreună sau pe rând şi distanţele totale pe care forţa s-a deplasat de fiecare dată.

Ce poţi să spui despre lucrul mecanic efectuat în fiecare caz ? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

E.02 A

ENERGIA

Completează tabelul de mai jos:

Acţiunea Forţa Dacă efectuează lucru mecanic

Un halterofil ridică o halterăde la podea

Forţa musculară a halterofilului

Un halterofil ţine o halterădeasupra capului

Forţa musculară a halterofilului

Un halterofil ridică o halterăde la podea

Greutatea halterei

Un halterofil ţine o halterădeasupra capului

Greutatea halterei

Un copil trage pe un plan orizontal o sanie

Forţa musculară a corpului

Un copil trage pe un plan orizontal o sanie

Greutatea saniei

O sanie alunecă la vale de pe un deal

Greutatea saniei

Cum afectează direcţia de acţiune a forţei mărimea lucrului mecanic ? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Poartă o discuţie cu colegii de grupă ! Scrie concluziile finale. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Se observă că lucrul mecanic efectuat de o forţă depinde de forţa care produce mişcarea, de mărimea deplasării corpului şi de direcţia pe care acţionează forţa.

E.02 B

ENERGIA

Project Tewise

Calculul lucrului mecanic pentru diverse forţe Multe dintre mecanismele create de om au ca scop deplasarea unor corpuri dintr-o parte în alta. În anumite cazuri această operaţiune se poate realiza de către forţa musculară a omului, iar în altele omul a pus la treabă alte tipuri de forţe. De exemplu, pentru transportul lemnelor din munţi oamenii au construit funicularul care pune la treabă greutatea corpurilor. În acest caz greutatea produce lucru mecanic. În construcţii se folosesc anumite jgheaburi pentru a transmite materialele la sol. Acest lucru mecanic produs de către forţa gravitaţionalăeste ieftin pentru că omul nu consumă nimic pentru a-l produce.

Reflectaţi în grupe la aceste exemple şi daţi şi voi altele în care lucrul mecanic să fie produs de către greutatea corpurilor.

Vom realiza un experiment în care ne propunem să calculăm lucrul mecanic efectuat de fiecare forţă ce acţionează asupra unui corp. Trebuie să ştii că:

Lucrul mecanic = Forţa x Distanţa pe direcţia forţei L = F x d

Dacă exprimi valoarea forţei în newtoni (N) şi distanţa pe direcţia forţei în metri (m), obţii lucrul mecanic al forţei în Nm. Un Nm se numeşte Joule, cu simbolul J, după numele lui James Prescott Joule, fizician din secolul XIX.

Experiment

Ai nevoie de: un plan înclinat, o cutie plină cu agrafe de birou sau capse, un dinamometru, bandă adezivă (scoci). Mod de lucru: Se lucrează în grupe de 2-3 elevi. Lasă cutia să alunece pe planul înclinat. Reglează înclinarea planului până când corpul alunecă cu viteză constantă. Marchează un punct pe planul înclinat şi lasă cutia să alunece de acolo, până la baza planului. Măsoară greutatea corpului, înălţimea de la care l-ai lăsat săalunece şi distanţa pe care el a parcurs-o pe plan.

Câte forţe au acţionat asupra corpului în timpul alunecării lui pe plan. Numeşte-le! ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

Care dintre forţe produce mişcarea ? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

E.03A

ENERGIA

Completează tabelul*)

Forţa Valoarea forţei (N)

Deplasarea pe direcţia forţei

(m)

Lucrul mecanic al forţei

(J)

Lucrul mecanic produs de forţele care se opun mişcării este negativ. Un exemplu de acest fel în cazul prezentat mai sus este lucrul mecanic al forţei de frecare.

Calculează lucrul mecanic total efectuat asupra cutiei din experimentul de mai sus. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Care ar fi valoarea lucrului mecanic dacă am reuşi să eliminăm frecarea dintre cutie şi plan ? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

E.03B

ENERGIA

Project Tewise

Lucrul mecanic şi energia

Privind cu atenţie lumea ce ne înconjoară observăm că multe corpuri, sau părţi ale lor sunt în mişcare: păsări, crengile pomilor, masele de aer, bărcile de pe lac, oameni pe biciclete sau în maşini, turbinele morilor de vânt etc. Mişcarea corpurilor se face în urma interacşiuni cu alte corpuri, deci pe baza acţiunii unor forţe. În mişcarea lor aceste corpuri produc lucru mecanic. În cele ce urmează vom vedea că pentru a produce lucru mecanic corpurile trebuie sa fie aduse într-o anumită stare. Cu alte cuvinte, vom vedea în ce condiţii un corp este capabil să producălucru mecanic.

Experiment 1Ai nevoie de: o bucată de scândură sau un carton mai gros cu lungimea de 25 cm şi lăţimea de 20 cm, o bandă de cauciuc de 15 cm lungime, capse, un creion. Mod de lucru: Se lucrează individual. Întinde banda elastică şi fixează-i capetele pe scândură cu ajutorul a două capse sau pioneze. Aşează creionul cu un capăt perpendicular pe banda elastică, la mijlocul ei, precum o săgeată. Notează ce se întâmplă. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Împinge de mijlocul benzii elastice cu creionul pe parcursul a 4-5 cm. Înclină scândura spre podea şi dă drumul creionului într-o zonă în care nu se află nimeni. Ce observi acum ? Ce crezi că am făcut atunci când am tras de mijlocul benzii elastice ? Notează părerile tale pe caiet şi discută-le cu colegul tău. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Experiment 2: Ai nevoie de: un resort care destins are 5-7 cm, o bucată de carton de 20x20 cm, o bilă (din platic), o piuliţă sau un inel cu un diametru mai mic decât al resortului, un dop din plută, o bucată de sârmă de oţel de 15-20 cm lungime (exp. o spiţă de la o roată de bicicletă de copii uzată), bandă adezivă. Mod de lucru: Înfige spiţa în dopul de plută. Dopul se fixează cu bandă adezivă de bucata de carton astfel ca spiţa să stea vertical, în sus. Se introduce resortul pe spiţă. Ai acum un sistem mecanic de lansare de corpuri. Introdu piuliţa pe spiţă şi comprimă cu acesta resortul. La un moment dat eliberează sistemul. Repetă experimentul pentru diferite comprimări ale resorului .

E04A

ENERGIA

Există o legătură între cât de comprimat este resortul şi cât de sus se înalţă piuliţa (obiectul lansat) ? (Reflectează asupra ceea ce ai făcut şi observat) ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Discută cu colegul tău despre fiecare corp în parte: mâna care comprimă resortul, resort, piuliţă. Notează observaţiile făcute. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

În ambele experimente unul dintre corpuri (exp. mâna) produce lucru mecanic asupra celuilalt corp, încărcându-l cu energie mecanică (banda elastică, resortul) , dar a pierdut energie, iar al doilea corp a acumulat energie. Când resortul se destinde el pierde energie, dar produce lucru mecanic asupra piuliţei şi îi imprimă acesteia o viteză cu care ea este lansată în sus. Energia acumulată de resort se numeşte energie potenţială elastică. Energia pe care o primeşte piuliţa la lansare se numeşte energie cinetică. Energia pe care o are piuliţa la orice înălţime faţă de sol se numeşte energie potenţialăgravitaţională.

E.04B

ENERGIA E.05

Project Tewise

Turbina de vânt

Morile de vânt au fost folosite din cele mai vechi timpuri în anumite regiuni ale globului. Olanda este renumită pentru morile de vânt. Aceste mori erau construite în zonele în care vânturile suflau o mare parte din an şi nu prea existau ape curgătoare repezi. Precum şi morile de apă, morile de vânt erau folosite la măcinarea cerealelor şi la alte activităţi care înlocuiau efortul oamenilor sau animalelor. Partea centrală a morii de vânt o constituie turbina.

Vei construi propria ta turbină de vânt.

Ai nevoie de: o coală de hârtie ceva mai groasă, un creion, un bold, adeziv, o riglă, un foarfece. Mod de lucru: Se lucrează în grupe de 2-3 elevi. Trasează, folosind una dintre marginile colii, un pătrat cu latura de 10-12 cm şi decupează-l. Trasează diagonalele pătratului. Taie cu foarfecele de-a lungul diagonalelor până la aproximativ o jumătate de centimetru de centrul pătratului. Se formează 4 triunghiuri. Adu unul dintre vârfurile libere ale triunghiului la centru şi lipeşte-l. Ţine-l un pic presat până se fixează. Repetă operaţiunea. Repetă operaţiunea într-un singur sens (de exp. sensul acelor de ceasornic) pentru fiecare triunghi. Ai obţinut turbina. Prin centrul turbinei înfige un bold pe care, apoi, înfige-l în guma creionului, de-a lungul axei acestuia. Dacă sufli în pale turbina se învârte.

Cine produce rotirea turbinei ? ______________________________________ ______________________________________

Cine conţine energia ? ______________________________________

______________________________________

Astăzi, energia vântului este folosită la rotirea unor turbine uriaşe pentru producerea curentului electric.

Interesează-te cum funcţionează o astfel de turbină de vânt. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Discută cu colegul de grupă asupra modului în care energia mecanică a vântului devine energie electrică !

ENERGIA

Project Tewise

Turbina de apă

Din cele mai vechi timpuri oamenii au construit turbine care să folosească forţa apei în cădere pentru înlocuirea muncii efectuate de om sau animale. Turbinele de apă se instalau pe cursurile de ape repezi de munte. Ele antrenau la rândul lor pietre de moară care măcinau cerealele. Altele antrenau fierăstraie mari pentru tăiat lemne, maşini de cusut sau ciocane.

Ai nevoie de: un dop de plută, un cuţit, 4 fâşii de tablă subţire (cu lungimea cât a dopului şi de cca 3 cm lăţime), un ac de tricotat, un suport pentru turbină şi apă curgătoare (de la robinet, dintr-o butelie de plastic etc), o cutie din plastic (pentru bomboane sau produse de birotică).

Mod de lucru: Se lucrează ăn grupe de 2 elevi. Crestează dopul de plută paralel cu axul metalic Trecut prin centrul bazelor, în 4 sau 6 locuri la distanţe egale. În crestăturile realizate înfige fâşiile din tablă. Înfige acul de tricotat prin centrele bazelor dopului. Din cutia de plastic (preferabil dreptunghiulară) vei construi un suport pe care să se rotească axul turbinei. La mijlocul a două laturi opuse ale cutiei vei realiza două şanţuri, nu prea adânci unde va sta axul. Pune turbina în suport şi acum poate funcţiona. Dacă la una dintre extremităţile axuluifixăm un mecanism, acesta va fi capabil să producă lucru mecanic. Sarcină de lucru: Sfătuieşte-te cu colegul tău pentru a realiza un mecanism simplu care ataşat la axul turbinei săpună în mişcare anumite corpuri, adică să efectueze lucru mecanic.

Cine produce rotirea turbinei? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cine posedă energie ? ___________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

Astăzi energia apei este folosită la antrenarea unor turbine uriaşe pentru producerea curentului electric. Interesează-te cum funcţionează o hidrocentrală. Discută cu colegul tău de grupă asupra modului în care este folosită energia apei în acest caz. Cum este transformată energia mecanică a apei în energie electrică ? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

E.06

ENERGIA E.07

Project Tewise

Turbina solară

Radiaţia solară este responsabilă pentru deplasările maselor de aer de la suprafaţa Pământului. Fără Soare nu ar exista vânt. Oamenii au folosit din cele mai vechi timpuri şi folosesc şi astăzi energia vântului (morile de vânt, turbinele eoliene). Acum, vei putea descoperi cu ajutorul unei turbine solare, cum datorită căldurii de la Soare aerul este pus în mişcare.

Ai nevoie de: un carton înnegrit (coală tip A3), bandă adezivă, un foarfece, tablă subţire de aluminiu (poate fi fundul unei cutii de băutură răcoritoare), un ac de cusut, un pai pentru băuturi răcoritoare. Mod de lucru: Se lucrează în grupe de 2 elevi. 1. Taie din bucata de carton un sector de cerc din care construieşte un con. Taie vârful conului şi îndepărtează-l. Decupează de la baza trunchiului de con 3 ferestre dreptunghiulare prin care poate intra aerul. 2. Turbina o poţi confecţiona din tablă subţire de aluminiu. Taie din tablă un cerc cu diametrul de aprox. 3 m. Găseşte centrul bănuţului şi găureşte-l cu un ac. Împarte cercul în 6 sectoare egale. Taie tabla de-a lungul celor 6 raze pe o lungime de aprox. 1,2 cm. Îndoaie sectoarele precum la o elice. 3. Prinde cu bandă adezivă paiul de băut pe trunchiul de con şi înfige acul în partea în care se îndoaie paiul. Acum elicea stă orizontal deasupra deschiderii de sus a conului. 4. Aşază turbina într-un loc însorit, ferit de vânt.

Ce observi ? ______________________________________________________________________________________________________

Cum îţi explici ? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Radiaţiile solare încălzesc aerul din turnul de carton. Aerul cald urcă. Astfel, se produce un curent de aer vertical care pune în mişcare turbina. Putem spune că razele solare posedă energie. Aceasta este transmisă aerului care se încălzeşte. Căldura pune în mişcare aerul. Aerul în mişcare posedă energie mecanică, deoarece pune în mişcare turbina. Energia este ca un cameleon !

De ce spunem asta ? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

ENERGIA

Project Tewise

Cartoful pe utilizat ca baterie electrică

Pentru a se dezvolta plantele au nevoie de lumina razelor solare. Putem spune că plantele acumulează sub alte forme energia care provine de la Soare. Deci, plantele conţin energie. Oamenii folosesc fructele, legumele şi în general plantele pentru aportul lor de vitamine, dar şi pentru energia ce o conţin. Acum, vei putea face un experiment uimitor: vei “extrage” energia din cartofi.

Ai nevoie de : 2 cartofi, 2 bucăţi de tablă de cupru, electrozi (2 cm x 4 cm) , 2 bucăţi de tablă de zinc ( 2 cm x 4 cm) , 3 conductoare ( din laboratorul de fizică), un aparat de măsură pentru mărimi electrice ( curent şi tensiune), un LED, un motoraş ( U <2 V, I <2 mA ).

Mod de lucru: Se lucrează în grupe de 4 – 5 elevi. Înfige, perpendicular pe axul longitudinal al cartofului, 2 electrozi : unul din cupru şi unul din zinc, la aproximativ 2-3 cm unul de altul. Conectează la fiecare electrod câte un conductor şi apoi la aparatul de măsură. Foloseşte scale de ordinul volţilor, şi de ordinul miliamperilor. Notează datele obţinute.

Înfige mai mult electrozii în cartof. Ce observi ? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Măreşte distanţa dintre electrozi. Ce observi ? Scrieţi observaţiile în caiete. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Repetaţi experimentul folosind doi cartofi. Vă trebuiesc acum 3 conductore. Un conductor leagăelectrodul de cupru de la un cartof, cu electrodul de zinc de la celalalt cartof. De la ceilalţi doi cartofi vor pleca alte două conductoare la aparatul de măsură. Notează datele ! Repetă experimentele. Ce observi ? Discută cu colegii ? De unde apare curentul electric (energia electrică) ? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

E.08A

ENERGIA

Poţi repeta experimentul cu o lămâie. Acum ai observat că în cartof există energie. Poţi produce cu ea curent electric, care poate face un LED să lumineze.

Cartoful cu cei 2 electrozi funcţionează ca o baterie electrică.

Spuneam că energia are caracteristicile unui cameleon şi anume se schimbă tot timpul.

În cazul « cartofului – baterie » energia primară acumulată este solară. Aceasta se schimbă în energie chimică, care apoi se schimbă în energie electrică.

Sparge o baterie consumată. Descrie cum este ea construită ! ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

E.08B

ENERGIA

Project Tewise

Energia obţinută din arderea unei alune O alună va arde o lungă perioadă de timp, eliberând o cantitate impresionantă de căldură şi lumină - respectiv lumina şi căldura solară pe care aluna a stocat-o în procesul de dezvoltare. În activitatea care urmează veţi arde o alună şi veţi estima energia eliberată în procesul arderii.

Aveţi nevoie de : alune crude, eprubetă de 20 ml, un suport pentru eprubetă (dacă nu aveţi unul puteţi improviza conform instrucţiunilor de mai jos), o agrafă mare de birou, un borcan de 800 ml, o seringă gradată de 10 ml, riglă, o balanţă.

Confecţionează un suport pentru eprubetă : Bate două cuie (de 25 mm lungime şi 2 mm în diametru) într-o stinghie de 30 cm lungime (vezi poza). Prinde stinghia cu o bandă adezivă de borcan. Fixeazăagrafa la gura eprubetei şi apoi agaţ-o de cuiul de sus. Eprubeta trebuie agăţată sub un unghi care să nu depăşească 30 grade, iar fundul acesteia să fie la 5 cm de centrul borcanului.

Mod de lucru (4-5 elevi în grupă):

1. Află masa unei alune întregi.

2. Montează eprubeta în stativ. Fixează eprubeta cu o înclinare de max.30 grade. Aceasta va facilita transferul căldurii în apă.

3. Desfă jumătate dintr-o agrafă metalică . Fixeazăpartea îndoită de buza borcanului, cu bandăadezivă. Aceasta va fi suportul alunei. Regleazăcapătul liber al sârmei până când acesta este la apox. 4 cm de fundul eprubetei.

4. Umpleţi borcanul cu apă şi toarnă cu seringa 10 ml apă în eprubetă.

5. Introdu cu atenţie aluna în suportul realizat. Reglează suportul acesteia până când aluna este la 3 cm (pe verticală) de fundul eprubetei.

6. Solicită profesorului să dea foc alunei. A nu se aprinde fără supravegherea profesorului!

7. Observă aluna care arde. Aşteptă ca aluna să ardă şi ca eprubeta să se răcească timp de câteva minute.

E.09A

ENERGIA

8. Măsoară cantitatea de apă rămasă în eprubetă şi calculează masa de apă care s-a evaporat.

9. Scrie observaţiile făcute: ____________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

E.09B

ENERGIA

Ce se întâmplă? **

Procesul de ardere al alunei transformă energia stocată în alună în energie luminoasă şi căldură degajată. Când mănânci o alună, corpul tău transformă energia stocată în alună în energia necesară funcţionării organismului.

Aluna care arde ridică temperatura apei din eprubetă de la temperatura camerei până la temperatura de fierbere (1000 C), apoi o parte din aceasta se evaporă.

Pentru modificarea temperaturii apei, cantitatea de energie necesară (sub formă de căldură) este de 1 calorie pentru fiecare grad Celsius cu care creşte temperatura şi pentru fiecare gram de apă. Pentru fierbere, cantitatea de energie necesară este de 540 calorii pentru fiecare gram de apă fiartă. Calculaţi (în calorii) cantitatea de energie primită de apa din eprubetă prin arderea alunei. Scrieţi rezultatul: ……………….

Fizicianul James Prescott Joule a măsurat în sec.XIX lucrul mecanic echivalent al unei calorii: 4,2 J. Calculaţi în J cantitatea de energie primită de apa din eprubetă prin arderea alunei. Scrieţi rezultatul : _________________________

Mai departe! Ţinând cont de masa alunei pe care aţi ars-o, estimaţi în J cantitatea de energie eliberată în procesul de ardere a 100 g alune. Comparaţi estimarea voastră cu înscrisul de pe pachetul de alune. Este vreo diferenţă? De ce? Toată energia eliberată prin arderea alunei este primită de apa din eprubetă? Scrieţi consideraţiile voastre : ____________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

Calculaţi eficienţa transferului energie de la aluna care arde la apa din eprubete (în procente): ___________________________________________________________________________ Fizicienii şi specialiştii în alimentaţie utilizează un dispozitiv cunoscut sub numele de bombăcalorimetrică pentru a măsura energia conţinută în alimente, capturând tată energia eliberatăprin arderea alimentului. Alimentul este deshidratat, măcinat într-o pulbere fină şi plasat într-un container imersat într-o baie de apă. Containerul este umplut cu oxigen pur la presiune înaltă şi alimentul este apoi aprins. Energia rezultată este eliberată rapid şi violent, similar cu o explozie. Creşterea de temperaturăa apei şi a celorlalte părţi ale dispozitivului relevă cantitatea de energie pe care o conţine alimentul. Experimentele făcute cu bomba calorimetrică au determinat o cantitate de energie de 26kJ pentru fiecare gram de alună arsă. Este similar cu cantitatea de energie eliberată de arderea unei aceleiaşi cantităţi de combustibil.

E.09C

ENERGIA

Project Tewise

Energia cinetică (1)

Corpurile în mişcare pot împinge alte corpuri. Cu alte cuvinte, corpurile în mişcare pot efectua lucru mecanic în procesul de oprire. Ele posedă o formă de energie datorată propriei mişcări: aceasta este energia cinetică. În activitatea ce urmează veţi afla cum să calculaţi energia cinetică a unui corp în mişcare.

În procesul de oprirea a unei maşini în mişcare, se frânează, iar maşina parcurge o anumită distanţă pentru a opri efectiv - aceasta este distanţa de frânare.

În tabelul alăturat sunt extrase din codul rutier britanic şi prezentate distanţele de frânare pentru diverse viteze iniţiale. În tabel, “mph” reprezintă “mile per oră” (1 mph = 1,61 km/h) iar “ft” reprezintă “feet(picioare)” (1 ft = 0,305 m).

Găsiţi răspunsurile la următoarele întrebări:

1. Dacă viteza iniţială se dublează de la 20 mph la 40 mph, de câte ori se măreşte distanţa de frânare? ______________

2. Dacă viteza iniţială se triplează de la 20 mph la 60 mph, de câte ori se măreşte distanţa de frânare? _____________

3. Se aplică vreo relaţie între viteza iniţială şi distanţa de frânare? Scrieţi răspunsul: _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 4. Verificaţi urmatoarea relaţie cu datele din tabel: Dacă viteza iniţială este v, atunci distanţa de frânare este proporţională cu v2. Care este concluzia voastră_______________________ _______________________________________________________________________

5. Transformaţi datele referitoare la frânare în unităţi standard (m/s pentru viteză şi m pentru distanţa de frânare). Completaţi tabelul alăturat cu datele transformate.

6. Completaţi coloana timpului de frânare, presupunând că viteza descreşte cu aceeaşi ratăîn timpul frânării. Care este rata cu care viteza descreşte în timpul frânării ? _______________________

E.10A

Viteza iniţială(mph)

Distanţa de

frânare (ft)

20 6 30 14 40 24 50 38 60 54 70 74

Viteza iniţială (m/s)

Distanţa de

frânare (m)

Timplul de

frânare (s)

ENERGIA

Energia cinetică (2)

Ce se îmtâmplă? În timpul frânării, forţele de frecare acţionează asupra maşinii în mod gradat, diminuând viteza acesteia. Energia cinetică a maşinii este treptat transformată în special în căldură. Lucrul mecanic efectuat de forţele de frecare ce acţionează asupra maşinii măsoară energia cinetică pierdută de aceasta. Atunci când finalmente maşina se opreşte, toată energia cinetică iniţială a fost convertită în căldură. Lucrul mecanic efectuat de forţele de frecare pe lungimea de frânare măsoară energia cinetică iniţială a maşinii:

Energia cineticăiniţială a maşinii =

Lucrul mecanic efectuat de forţele de frecare pe distanţa de frânare

Însă lucrul mecanic efectuat de forţele de frânare este proporţional cu distanţa de frânare, şi de aceea este proporţional cu pătratul vitezei iniţiale. That means:

Energia cinetică a unui corp în mişcare la o viteză v este proporţională cu v2.

Dacă două maşini identice opresc de la aceeaşi viteză iniţială şi parcurg aceeaşi distanţă de frânare, mărimea forţelor de frecare care acţionază asupra fiecărei maşini este egală. Asta înseamnă:

Energia cinetică a unui corp cu masa m este proporţională cu propria masă m.

În concluzie,

Energia cinetică a unui corp de masă m, miscându-se cu viteza v este proporţională cu mv2.

Câd calculaţ distanţa de frânare, multiplicaţi viteza medie cu timpul de frânare. Presupunând că viteza descreşte cu aceeaşi rată pe durata frânării de la viteza iniţială v, atunci viteza

medie este v21 . De aceea , factorul de proporţionalitate este

21 .

Rezumând consideraţiile de mai sus, am găsit că:

Energia cinetică a unui corp cu masa m, mişcându-se cu viteza v este 2

21

mv .

Răspundeţi la următoarele întrebări:

1. Care este energia cinetică a unei maşini cu masa de 800 kg care se deplasează cu viteza de 50 km/h. Scrieţi mai jos calcul detaliat: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

2. Dacă aceeaşi maşină se deplasează cu 100 km/h, care energia sa cinetică? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

E.10B

ENERGIA

Project Tewise

Lucrul mecanic consumă energia

Dacă reflectăm asupra programului zilnic al unui om vom observa că acesta poate fi comparat şi el cu o maşină. Ţi-ai pus vreodată întrebarea « de ce oboseşti ? » sau « de ce te culci ? » sau «de ce mănânci ? » În activitatea care urmează vei cerceta conţinutul energetic al unor alimente de bază şi ce energie consumă omul în diverse activităţi.

Materiale necesare : ziare, reviste de nutriţie, internet, manuale de fizică, ambalaje de alimente, coală de flipchart, bandă adezivă, markere, foarfecă.

Mod de lucru : Se lucrează în grupe de 4-5 elevi.

1. Decupaţi porţiunile din ambalaje pe care este înscris conţinutul energetic al alimentului.

2. Lipiţi părţile decupate pe coala de flipchart şi scrieţi alături conţinutul energetic /100 g.

3. Cercetaţi diverse manuale de fizică şi completaţi tabelul de mai jos

Activitatea Consumul de energie al unui om/ minut Mers pe jos( 5 Km/ h) 5 KJ Mers pe bicicletă (20 Km/h) 25 KJ Etc.

4. Faceţi comparaţii între energia pe care o acumulăm din anumite alimente şi energia pe care o consumăm prin lucru mecanic în diferite activităţi.

5. Prezentaţi concluziile în faţa clasei. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Trebuie să ştiţi că pentru organismul uman se poate calcula un bilanţ energetic. O parte din energia ingerată cu alimentele este consumată chiar pentru procesul de mâncare şi digerare, o altă parte este consumată pentru menţinerea temperaturii constante a corpului, iar cea mai mare parte pentru efort muscular.

E.11

ENERGIA E.12

Project Tewise

Înmagazinarea (stocarea) energiei

Ce mai mare parte din activitatea zilnică a omului depinde de energie. Atunci când merge, când împinge un cărucior sau o roabă, când studiază sau scrie o carte omul consumă energie. Este adevărat că pentru a-şi uşura munca omul a inventat o multitudine de aparate, maşini şi mecanisme. Dar toate acestea consumă energie. Vei cerceta unde şi sub ce formă se află înmagazinată această energie în natură, dupăcare vei cerceta acelaşi lucru în tehnică.

Ai nevoie de: ziare şi reviste vechi, o coală de flipchart, markere, adeziv, foarfece.

Mod de lucru: Se va lucra în grupe de 4-5 elevi.

1. Fiecare component al grupei face o listă cu sursele de energie din natură şi o alta cu modalităţile (formele) de înmagazinare a energiei inventate de om (din tehnică).

2. Discutaţi listele după care realizaţi lista grupei.

3. Decupaţi din ziare şi reviste de popularizare a ştiinţei şi tehnicii cele mai reprezentative imagini pentru lista voastră.

4. Lipiţi aceste imagini pe o coală de flipchart şi scrieţi sub fiecare ce reprezintă.

Realizaţi o dezbatere pe tema: Ce forme de energie pot fi înmagazinate/stocate? ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ENERGIA

Project Tewise

Ce înseamnă energia pentru mine ?

Cuvântul energie îl folosim în viaţa de zi cu zi, chiar înainte de a-l învăţa la fizică. Am pronunţat acest cuvânt acasă şi la joacă şi l-am văzut adesea în ziare şi reviste.

Aici vei încerca, împreună cu colegii tăi să pătrunzi mai mult semnificaţia pe care o dau oamenii acestui cuvânt. De asemenea, te vei gândi ce înţelegi tu prin energie. Mod de organizare : Colectivul clasei va fi împărţit în grupe de 5-6 elevi. Fiecare grupă se va aşeza în jurul unei mese.

Aveţi nevoie de: coli de hârtie A4, pixuri, markere, o coală de flichart.

Sarcini de lucru:

1. Fiecare elev va scrie, individual, pe coală cel puţin o propoziţie în care foloseşte cuvântul energie.

2. Propoziţiile vor fi citite în grupă, vor fi discutate şi analizate.

3. Grupa va încerca să răspundă printr-o propoziţie scurtă la întrebarea „Ce este energia ?” în fiecare caz analizat.

4. Rezultatele activităţii vor fi trecute pe o coală de flipchart, astfel:

Propoziţia Ce este energia ? 1. 2. …

5. Câte un membru al fiecărei grupe va prezenta în faţa colectivului clase rezultatele activităţii de pe colile de flipchart.

6. Etalaţi toate colile de flipchart pe un perete al clasei ca la o expoziţie.

7. Toţi elevii din clasă vor trece prin faţa colilor expuse şi vor analiza enunţurile încă odatăcu atenţie.

8. Fiecare elev va bifa o singură definiţie de pe una din colile de flipchart la care el nu a lucrat.

9. Un colectiv format din 2 elevi va selecta pe o coală de flipchar 3 dintre definiţiile care au întrunit cel mai mare număr de bife.

E.13