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UNIVERSITÀ DI UDINE Unità di Ricerca in Didattica della Fisica

CONSORZIO UNIVERSITARIO DEL FRIULI

esplorare per interpretare nella scuola primaria

FENOMENI MAGNETICI ED ELETTROMAGNETICI Una proposta didattica basata su un percorso di esperimenti

a cura di

Barbara Fedele Marisa Michelini Alberto Stefanel

FORUM

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UNIVERSITÀ DI UDINE Unità di Ricerca in Didattica della Fisica

CONSORZIO UNIVERSITARIO DEL FRIULI

esplorare per interpretare nella scuola primaria FENOMENI MAGNETICI ED ELETTROMAGNETICI Una proposta didattica basata su un percorso di esperimenti a cura di: Barbara Fedele Marisa Michelini Alberto Stefanel Università di Udine Unità di Ricerca in Didattica della Fisica Stampa: Litho Stampa Forum Editrice Universitaria Udinese srl Via Palladio, 8 - 33100 Udine Tel. 0432 26001 / Fax 0432 296756 www.forumeditrice.it © Copyright 2006 Università di Udine Unità di Ricerca in Didattica della Fisica e-mail: [email protected]

ISBN: 88-8420-380-5

Il presente lavoro è il frutto di ricerche svolte nell’ambito dei seguenti progetti: – Interreg III Italia - Slovenia 2000-2006: Materiali per l’innovazione in didattica della fisica a supporto della formazione iniziale e in servizio degli insegnanti - Asse 3: «Risorse umane, cooperazione e armonizzazione dei sistemi». Misura 3.2 «Cooperazione nella cultura, nella comunicazione della ricerca e tra istituzioni per l’armonizzazione dei sistemi». Azione 3.2.4 «Collaborazione tra Enti ed Istituzioni nel campo della ricerca scientifica». – PRIN 2004-2006 - Fis 21. Le parti di confine in un modello di percorso in fisica: educazione scientifica elementare, campo, ottica e meccanica quantistica. Formazione degli insegnanti - Programmi di ricerca scientifica di Rilevante Interesse Nazionale (DM n 30 del 12 febbraio 2004). – Progetti di diffusione della cultura scientifica 2000-2005 ai sensi della L.6-2000.

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PRESENTAZIONE

L’educazione scientifica è il problema del nostro secolo. A tutti i livelli viene chiesto di favorire la formazione scientifica dei futuri cittadini, ma la nostra scuola non è pronta, perché gli insegnanti non hanno avuto finora la necessaria formazione. Anche la didattica scientifica non è stata curata a tutti i livelli con lo scopo di fornire autonomi strumenti di elaborazione dei concetti. Si deve cominciare con il garantire le basi del modo di pensare scientifico nella scuola primaria. Lo si deve fare offrendo ai futuri insegnanti strumenti professionali per l’educazione scientifica. La formazione universitaria degli insegnanti è appena iniziata e mancano ancora strumenti didattici per questo importante compito. Anche per questo motivo l’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Università di Udine ha concentrato le proprie ricerche didattiche sui processi di apprendimento dei più piccoli in campo scientifico. È stato studiato il ruolo dell’operatività nel personale coinvolgimento esplorativo, sperimentale, concettuale ed interpretativo dei fenomeni, le modalità di costruzione del pensiero formale in contesti formali ed informali, come quello della mostra Giochi Esperimenti Idee (GEI). Sono stati realizzati laboratori cognitivi in cui sono state esplorate proposte didattiche, idee spontanee e sequenze di ragionamento nella costruzione di modelli interpretativi. Quando la coerenza delle proposte elaborate ha mostrato tenuta sia sul piano disciplinare che su quello dei processi di apprendimento, abbiamo lavorato con gli insegnanti di scuola primaria per rielaborare percorsi didattici e sperimentarli in situazioni diverse. Il tirocinio degli studenti di Scienze della Formazione Primaria è stato fecondo per le ricerche sui processi di apprendimento, per la ricaduta di proposte innovative nella scuola primaria e per la formazione dei futuri insegnanti. Accanto alle ricerche sui processi di apprendimento si sono così sviluppate quelle curricolari e di ricerca e sviluppo di prototipi e schede per l’attività didattica. Il presente lavoro è il frutto di ricerche svolte nell’ambito dei seguenti progetti: - Interreg III Italia – Slovenia 2000-2006: Materiali per l’innovazione in didattica della fisica a supporto della formazione iniziale e in servizio degli insegnanti – Asse 3: «Risorse umane, cooperazione e armonizzazione dei sistemi». Misura 3.2 «Cooperazione nella cultura, nella comunicazione della ricerca e tra istituzioni per l’armonizzazione dei sistemi». Azione 3.2.4 «Collaborazione tra Enti ed Istituzioni nel campo della ricerca scientifica». - PRIN 2004-2006 – Fis 21. Le parti di confine in un modello di percorso in fisica: educazione scientifica elementare, campo, ottica e meccanica quantistica. Formazione degli insegnanti. Programmi di ricerca scientifica di Rilevante Interesse Nazionale (DM n. 30 del 12 febbraio 2004). - Progetti di diffusione della cultura scientifica 2000-2005 ai sensi della L. 6-2000.

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Esso ha coinvolto una tesi di laurea nell’ambito del Corso di Laurea in Scienze della Formazione dell’Università di Udine. Il materiale prodotto è dettagliato ed autoesplicativo; si indicano tuttavia in questa sede i principali elementi della proposta didattica: impostazione, strategia, metodi a cui il materiale didattico è finalizzato, i prerequisiti ed il percorso che sottende alla proposta di esperimenti. Tutti gli elementi qui riportati sono stati oggetto di sperimentazione didattica ed analisi di ricerca. Il percorso didattico viene presentato alla luce delle ricerche didattiche in materia. La presentazione della proposta didattica è accompagnata da materiali didattici per l’insegnante e per gli studenti, che la rendono dettagliata e definita, senza costituire un rigido percorso guidato. La modularità delle schede e la loro natura di stimolo esplorativo e problematico sono stati criteri di riferimento per la redazione dei materiali didattici, che vengono offerti all’insegnante, perché possa utilizzarli in percorsi didattici diversi, adatti alla classe in cui lavora.

Marisa Michelini

La ‘filosofia’ dell’azione del Consorzio universitario del Friuli (nel quadro delle linee-guida di carattere generale approvata dall’Associazione Nazionale Consorzi universitari) si colloca nella promozione dello sviluppo dei territori di riferimento tramite la collaborazione con l’Istituzione universitaria. Ciò favorendo l’avvio e lo sviluppo di iniziative di formazione e di ricerca finalizzate al progresso economico e alla crescita culturale del territorio stesso e delle sue Comunità. Antesignano interprete di tale esigenza per quanto riguarda l’educazione scientifica, nel raccordo fra territorio ed Università degli Studi di Udine è stato il Centro Interdipartimentale di Ricerca Didattica (CIRD), costituito nel 1993, sostenuto dal Consorzio sin dalla sua attivazione, e nell’ambito del quale è funzionante il Centro Laboratorio per la Didattica della Fisica (CLDF). Sulla medesima linea si è collocato, nel 2003, il sostegno consortile alla pubblicazione “L’educazione scientifica nel raccordo territorio/università a Udine”. Sempre nel medesimo spirito il Consorzio al presente sostiene la serie di pubblicazioni predisposte dall’Unità di Ricerca in Didattica della Fisica dell’Università degli Studi di Udine. Di tutte le sopraddette iniziative il merito va a Marisa Michelini, protagonista ed anima delle stesse, cui – unitamente ai suoi collaboratori – va la gratitudine del Consorzio universitario del Friuli per l’impegno e la passione dimostrati e per l’alta qualità del lavoro.

Ernesto Liesch Consorzio Universitario del Friuli

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UNA PROPOSTA DIDATTICA SUL MAGNETISMO

1. INTRODUZIONE Questa proposta didattica vuole introdurre i fenomeni magnetici e le proprietà legate alle interazioni magnetiche attraverso un percorso didattico che si basa, in primis, sui nodi di apprendimento legati all’argomento, che sono stati oggetto di analisi separata. La proposta didattica del percorso è stata realizzata a partire da sperimentazioni di piccole parti del percorso nell’ambito di laboratori cognitivi, i “Laboratori CLOE”, e dall’esperienza della “Caccia al Tesoro” nelle manifestazioni di diffusione della cultura scientifica dell’Università degli Studi di Udine. Sono stati individuati strategie ed esperimenti mirati al superamento dei problemi di apprendimento individuati in letteratura e nelle precedenti attività, scegliendo poi quelli in grado di sviluppare nei bambini la capacità di generalizzare i concetti appresi per applicarli alle situazioni di vita quotidiana. Nonostante il magnetismo sia un argomento molto importante, sia in fisica che nella vita quotidiana, esso viene spesso trascurato, perchè ritenuto troppo complesso da affrontare a livello della scuola primaria, anche a causa del fatto che il materiale didattico a disposizione degli insegnanti è veramente ridotto. Consideriamo importante affrontare tale argomento già con i bambini più piccoli in quanto la loro esperienza quotidiana li porta a contatto con diversi dispositivi che utilizzano magneti, dai giochi magnetici alle apparecchiature elettroniche. Inoltre ci pare importante stimolare la formazione di idee, che fondano i modelli interpretativi, anche per provocare necessità di verifica e di organizzazione in un quadro organico.

2. IMPOSTAZIONE L’interazione tra un magnete ed oggetti di diverso materiale, propone una distinzione tra le sostanze che non hanno interazione con un magnete e quelle che ce l’hanno e vengono dette ferromagnetiche. Si nota che queste ultime sono metalli, ma non tutti i metalli sono ferromagnetici. Si distingue l’interazione reciproca tra un magnete ed oggetti ferromagnetici e l’interazione tra due magneti. Lo studio dell’interazione tra un magnete e l’ago di una bussola indirizza al riconoscimento della bussola come magnete, confermata dal confronto tra l’orientazione di un magnete appeso e quella dell’ago di una bussola. La rotazione, come effetto dell’interazione tra poli omologhi di magneti, pone il problema dell’interazione tra due magneti liberi di ruotare o vincolati per riconoscere che l’attrazione è un effetto che si manifesta tra poli opposti insieme alla repulsione tra poli omologhi. La presenza di entrambi i poli su tutti i magneti consolida il concetto di poli come sorgenti inseparabili delle interazioni magnetiche. La non separabilità dei poli magnetici viene affrontata in seguito con il noto esperimento del magnete spezzato e con la composizione di un magnete a partire da altri due. 7

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Il rapporto tra distanza ed attrazione tra magneti viene analizzato quantitativamente, mentre la portata, in termini di peso sostenuto da un singolo magnete, è il preludio all’esame degli effetti sulla portata di magneti in serie ed in parallelo. Le caratteristiche dell’ago della bussola ed il suo utilizzo nella quotidianità costituiscono un’apertura all’utilizzo di concetti fisici nei fenomeni del quotidiano ed al consolidamento dell’idea di bussola come magnete esploratore dell’influenza di altri magneti nello spazio. L’ago della bussola, la paglietta e la pallina d’acciaio vengono impiegati come esploratori dello spazio circostante un magnete sia per costruire il concetto di campo magnetico sia per costruire la sua rappresentazione mediante le linee di campo. Linee di campo e traiettoria sono poste a confronto nel caso dinamico del moto di una pallina d’acciaio in presenza ed in assenza di campo magnetico. La magnetizzazione temporanea viene proposta come gioco per affrontare la questione della magnetizzazione e smagnetizzazione permanente. L’esame delle interazioni tra magneti e corrente elettrica mira a far riconoscere l’equivalenza tra un solenoide ed un magnete naturale e a far capire il principio fisico che sta alla base dell’elettrocalamita.

3. APPROCCIO Il percorso didattico è stato suddiviso in otto sezioni, comprendenti ciascuna un numero di esperimenti variabile da quattro a otto, che approfondiscono una parte specifica delle tematiche affrontate. Ogni sezione è stata pensata per essere realizzata in classe durante un’unica lezione, in modo da affrontare un numero limitato di concetti alla volta, ma tutti collegati tra di loro. Nella sezione “A” si incomincia dall’esplorazione delle interazioni tra un magnete ed oggetti diversi nella forma e nel materiale per poi focalizzarsi solamente sugli oggetti metallici e selezionare i metalli ferromagnetici, cioè gli unici che interagiscono con i magneti. Si analizza la mancanza di interazione tra due oggetti ferromagnetici per poi sottolineare che l’interazione tra un oggetto ferromagnetico ed un magnete è sempre reciproca. Per casa si assegna l’esplorazione dell’interazione tra due magneti tenuti in mano come introduzione al concetto dell’interazione tra due magneti. Nella sezione “B” si individuano le interazioni tra due magneti quando uno dei due non è vincolato ed è quindi libero di ruotare per disporsi con il polo che viene attratto dal polo (opposto) del magnete avvicinato. In seguito ci si focalizza su come un magnete interagisca con l’ago di una bussola e su come entrambi si orientino verso nord, se liberi di ruotare. Per casa viene proposto di pensare a quali siano le condizioni in cui un corpo si mette in rotazione, per poi applicare tali condizioni agli stessi magneti e riconoscere la contemporanea azione dei due poli in ogni circostanza. Nella sezione “C” si approfondisce lo studio dell’interazione tra due magneti distinguendo i loro comportamenti a seconda del loro essere o meno vincolati a muoversi lungo una determinata direzione. Nella sezione “D” si osserva come la distanza influisca sull’attrazione e sulla repulsione magnetica, per poi misurare quantitativamente come cambia la forza con cui un magnete ne attira o ne 8

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respinge un altro in funzione della distanza tra i due (1). Le misure vengono eseguite insieme ai bambini e riportate in grafici. Per casa viene assegnata la misura della portata di: a) un magnete b) due magneti posti rispettivamente in serie o in parallelo, per riconoscere dalle diverse portate che magneti in serie producono lo stesso risultato di un magnete solo, mentre quelli in parallelo raddoppiano le portata. Nella sezione “E” si approfondisce la conoscenza del comportamento di una bussola e si impara ad utilizzarla nella vita quotidiana esplorandone il comportamento in diversi punti del banco, nell’intera classe ed in seguito nella propria casa. Nella sezione “F” si misura quantitativamente con la bussola come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza (1) per poi studiarne approfonditamente il comportamento in relazione ad un magnete che le viene avvicinato. Tale comportamento viene poi confrontato con quello di una graffetta avvicinata al magnete in posizioni diverse. In seguito si analizza come la bipolarità propria di ogni magnete sia ineliminabile e come spezzando o unendo due magneti si ottengano comunque dei magneti singoli. Nella sezione “G” si analizza il campo magnetico attraverso l’utilizzo di esploratori di campo quali la paglietta d’acciaio, l’ago della bussola e la pallina d’acciaio. Si studia inoltre il caso dinamico delle interazioni tramite una pallina d’acciaio in moto in un campo magnetico che devia la sua traiettoria. Per casa viene richiesto di attuare un procedimento di magnetizzazione temporanea ed uno di magnetizzazione e smagnetizzazione permanente. Nella sezione “H” si propongono curiosità e giochi: si analizza la struttura interna di una delle barrette magnetiche utilizzate durante tutta la sperimentazione (“Geomag”) e poi si propone di magnetizzare un ago per costruire autonomamente una bussola. Infine, si mette a confronto l’esploratore del magnetismo (la bussola) con la corrente elettrica per scoprire che anch’essa produce un campo magnetico, analizzato poi con un magnete ed un avvolgimento di rame. Si conclude con la costruzione di un’elettrocalamita.

4. STRATEGIA Ogni lezione viene corredata da attività sperimentali: essa ha inizio con la presentazione dell’attività proposta e poi ci si raccoglie attorno ad un unico tavolo, provvisti solo di una penna, per eseguire gli esperimenti guidati dalle schede didattiche. Ogni scheda didattica ha una struttura prestabilita, che rappresenta la strategia operativa. I bambini vengono posti di fronte ad una situazione-stimolo: la situazione da analizzare viene presentata sia a parole sia con una rappresentazione grafica o fotografica.

(1) Nel caso attrattivo si misurano sia la forza di attrazione sia l’intensità del campo magnetico prodotto da un magnete in funzione della distanza da esso. Si utilizza il metodo della bussola e delle tangenti per il secondo caso. Nel caso repulsivo si misura la forza che equilibra pesi crescenti collocati su un magnete che affaccia lo stesso polo ad un altro magnete collocato in un tubicino guida. La misura della forza viene effettuata anche con dinamometri.

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Vengono proposte ai bambini delle domande relative al possibile comportamento dei sistemi presenti nella situazione, al fine di stimolare l’elaborazione di ipotesi personali e per far esplicitare le sequenze di ragionamento o i modelli interpretativi utilizzati. I bambini non vengono condizionati in alcun modo nella formulazione di tali ipotesi, che vengono fatte scrivere sulla scheda individuale. Tutte le ipotesi vengono lette per coinvolgere maggiormente i bambini ed identificare subito eventuali idee dominanti. Si eseguono gli esperimenti oggetto di ipotesi. Nel caso in cui emergano dubbi, viene chiesto ad uno o più bambini di verificare la riproducibilità dei risultati ottenuti ripetendo l’esperimento. La maggior parte delle schede prevede più passi minimi, collegati tra loro in modo da costruire gradualmente ogni concetto. Ogni passo si compone dei tre passaggi sopra descritti: Presentazione della situazione, Ipotesi e Confronto tra ipotesi e risultati degli esperimenti (PIC). Alla fine di ogni attività sperimentale viene chiesto ai bambini di formulare una sintesi personale rielaborando i concetti ed i passaggi presentati nella scheda: una fase di riepilogo sotto chiave interpretativa. Le conclusioni personali vengono infine lette a voce alta, per essere rielaborate collettivamente tramite dialogo e per giungere ad una conclusione collettiva, che viene riportata da ciascuno in fondo alla scheda. La scelta di utilizzare esperimenti semplici, di facile riproducibilità ed effettuabili con materiali facilmente reperibili mira a inserire ogni bambino in un contesto a lui familiare, in cui gli risulti semplice e spontaneo interagire con gli oggetti per esplorare i fenomeni magnetici. 5. METODI La realizzazione di un unico gruppo-classe di lavoro è l’ideale per classi non numerose: si condivide l’attività in ogni fase. Ci si raccoglie tutti insieme attorno ad un unico tavolo per eseguire gli esperimenti vedendo da vicino i materiali e toccandoli con mano. Per alcuni esperimenti, che trattano argomenti importanti, si fanno esperimenti analoghi per gruppi di 2-3 bambini: i bambini vengono divisi in piccoli gruppi per svolgere autonomamente l’esperimento e poi trarre insieme le conclusioni nel gruppo-classe. Alcuni lavori possono essere assegnati come compito per casa. La maggioranza di questi è accompagnata da schede dello stesso tipo di quelle utilizzate in classe, che suggeriscono esperimenti più semplici e che necessitavano di meno materiali. Nella sperimentazione effettuata durante il lungo periodo delle vacanze di Natale, sono stati proposti tre compiti diversi: una ricerca sui materiali ferromagnetici, una raccolta di oggetti e giochi magnetici presenti nelle loro case ed una ricapitolazione a disegni, con relativa spiegazione, degli argomenti affrontati fino a quel momento. 6. OBIETTIVI Si riportano nel seguito sia gli obiettivi generali, sia quelli specifici di ogni attività didattica proposta. 10

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6.1. OBIETTIVI GENERALI 1. Esplorare i fenomeni magnetici individuando i magneti, i materiali ferromagnetici e inerti rispetto alle interazioni magnetiche. 2. Riconoscere che esiste un campo magnetico terrestre che influisce sulle proprietà magnetiche generate nello spazio circostante da altri magneti. 3. Studiare le caratteristiche delle interazioni magnetiche tra i sistemi riconoscendo sia le variabili che ne determinano l’entità e le caratteristiche, sia la loro dipendenza dalle condizioni di interazione (numero di magneti, loro sistemazione e aggregazione, loro distanza e orientazione). 4. Creare le basi per la comprensione del campo magnetico. 5. Riconoscere che anche le correnti elettriche producono campi magnetici e vederne le principali applicazioni.

6.2. OBIETTIVI SPECIFICI • • • • • • • • • • • • • • • • •

• • • • • • •

Esplorare l’interazione tra un magnete e vari materiali per identificare quelli ferromagnetici Riconoscere che non vi è interazione tra due oggetti ferromagnetici Riconoscere la reciprocità nell’interazione tra un magnete ed un oggetto ferromagnetico Individuare l’interazione attrattiva e repulsiva tra due magneti e riconoscere i poli Esaminare l’interazione tra un magnete tenuto in mano ed uno appeso con l’ago di una bussola Studiare il motivo per cui i corpi ruotano Esplorare l’interazione tra due magneti liberi di ruotare e riconoscere l’attrazione e la rotazione Esplorare l’attrazione e la repulsione tra due magneti vincolati Studiare e misurare come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza Misurare la portata di un magnete e di due magneti in serie ed in parallelo Esplorare l’orientamento dell’ago di una bussola in diversi punti del banco e della classe Orientare, con l’uso di una bussola, alcuni oggetti della propria casa Riconoscere che una bussola è un magnete Riconoscere che gli oggetti ferromagnetici sono sempre solo attratti da ogni polo di un magnete Riconoscere che spezzando un magnete si ottengono altri due magneti Riconoscere che unendo due magneti si ottiene un unico magnete Esplorare il campo magnetico prodotto da un magnete a barra utilizzando alcuni esploratori di campo (paglietta d’acciaio, ago di una bussola, pallina d’acciaio) e confrontare le rappresentazioni in termini di linee di campo ottenute Riconoscere la differenza tra la traiettoria e le linee di campo nel caso di una biglia d’acciaio che attraversa un campo magnetico Imparare a magnetizzare e smagnetizzare un chiodo Riconoscere che una barretta di “Geomag” non è formata da un unico magnete Costruire autonomamente una bussola Studiare l’effetto magnetico della corrente elettrica con l’esperienza di Ørsted Studiare l’interazione tra un magnete ed un avvolgimento percorso da corrente elettrica Costruire un’elettrocalamita 11

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7. UN PERCORSO DI ESPERIMENTI Gli esperimenti del percorso sono 48. Essi vengono dettagliatamente descritti nella terza parte del fascicolo allegato e sono stati raggruppati nelle seguenti 8 sezioni. SEZIONE “A”: PRIME ESPLORAZIONI 1.

AVVICINARE UN MAGNETE AD OGGETTI DI VARI MATERIALI Si esplora l’interazione tra un magnete ed oggetti di vari materiali

2.

LA CALAMITA ED I SASSOLINI DI METALLI FERROMAGNETICI Si riconoscono i metalli ferromagnetici

3.

AVVICINIAMO I SASSOLINI FERROMAGNETICI Si esplora l’interazione tra due oggetti ferromagnetici

4.

LE INTERAZIONI SONO RECIPROCHE Si riconosce la reciprocità nell’interazione tra un oggetto ferromagnetico ed una calamita

5.

I POLI DEI MAGNETI Si esplora l’interazione tra due magneti tenuti in mano

SEZIONE “B”: I MAGNETI E LE BUSSOLE 6.

AFFACCIARE POLI DIVERSI AD UN MAGNETE SUL TAVOLO Si esplora l’interazione tra un magnete tenuto in mano ed uno appoggiato sul tavolo

7.

UN MAGNETE NE DISTURBA UN ALTRO APPESO Si esplora l’interazione tra due magneti, uno in mano ed uno appeso

8.

LA CALAMITA DISTURBA LA BUSSOLA Si esamina il comportamento di una bussola quando le si avvicina un magnete

9.

IL MAGNETE COMANDA L’AGO DELLA BUSSOLA Si studia il comportamento della bussola quando interagisce con un magnete

SEZIONE “C”: ESPLORAZIONE DELLO SPAZIO CON LA BUSSOLA 10.

LA DIREZIONE DELL’AGO DI UNA BUSSOLA Si studia l’orientamento dell’ago della bussola in diversi punti del banco

11.

LIBERI DI ORIENTARSI Si confronta il comportamento di un magnete appeso con quello di una bussola

11.a CONFRONTO CON UNA BUSSOLA (con variante) Si studia cosa succede se si posiziona una bussola esattamente sotto ad un magnete appeso 12.

LA BUSSOLA NELLA STANZA Si esplora la nostra classe con la bussola

12.a MAGNETE APPESO (solo esperimento) Si esplora la classe con un magnete appeso 12.b MAGNETE APPESO (con variante) Durante l’esplorazione della classe con un magnete appeso si passa vicino ad un oggetto ferromagnetico (es. il piede di una sedia) 13.

ESPLORAZIONE DELLA NOSTRA CASA CON LA BUSSOLA

13.bis COSA FA RUOTARE I CORPI Si riconoscono la condizione di rotazione dei corpi ed il perché i magneti ruotino per attaccarsi 12

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SEZIONE “D”: INTERAZIONI TRA MAGNETI 14.

MAGNETI APPESI Si esplora l’interazione fra magneti sospesi liberi di ruotare

15.

ZATTERINE MAGNETICHE Si esplora l’interazione fra magneti galleggianti liberi di ruotare

16.

ZATTERINE MAGNETICHE INCANALATE Si studia l’interazione fra magneti galleggianti vincolati da fili che costituiscono dei binari

17.

MAGNETI IN TRENO Si studia l’interazione fra magneti vincolati su trenini posti su di un binario

18.

MAGNETI IN UN TUBICINO Si studia l’interazione fra magneti vincolati in un tubicino

SEZIONE “E”: DISTANZA TRA MAGNETI 19.

LA DISTANZA NELLE INTERAZIONI MAGNETICHE: I MAGNETI GALLEGGIANTI Si studia come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza

19.a LE INTERAZIONI MAGNETICHE DIPENDONO DALLA DISTANZA (con le macchinine) Si studia come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza utilizzando due magneti fissati su due macchinine ed inclinando in modo diverso il piano su cui sono poste 20.

ATTRAZIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA Si studia con una molla come l’attrazione magnetica dipenda dalla distanza tra i trenini posti su di un binario

21.

REPULSIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA Si misura come la repulsione magnetica dipenda dalla distanza tra i poli di magneti posti in un tubicino

22.

COMPORTAMENTO DI DUE MOLLE IN TENSIONE Si misura con due molle in tensione l’attrazione tra poli diversi di due magneti uguali

23.

PORTATA DI UN MAGNETE

24.

MAGNETI IN SERIE ED IN PARALLELO

SEZIONE “F”: COMPOSIZIONE DI MAGNETI E POLI 25.

LA DEVIAZIONE DELL’AGO DELLA BUSSOLA CHE SI AVVICINA AL MAGNETE Si misura quantitativamente con la bussola come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza

26.

I POLI DI UN MAGNETE E LA GRAFFETTA Si studia come localizzare i poli di un magnete usando un oggetto ferromagnetico

27.

IL MAGNETE SPEZZATO Si riconosce che spezzando un magnete se ne ottengono due simili

27.bis LA SEPARAZIONE DEI POLI MAGNETICI Si evidenzia l’impossibilità di scindere i poli di un magnete 28.

LE CALAMITE CONGIUNTE Si mostra come più magneti attaccati ne creino uno solo 13

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SEZIONE “G”: LO SPAZIO INTORNO AI MAGNETI 29.

LA PAGLIETTA D’ACCIAIO ED IL MAGNETE Si esplora la disposizione della paglietta d’acciaio intorno ad un magnete

29.bis LA SIMMETRIA DEGLI EFFETTI DI UN MAGNETE Si esplora la disposizione della paglietta d’acciaio cambiando la posizione del magnete (simmetria circolare e simmetria cilindrica) 30.

LA BUSSOLA NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE Si studia l’orientamento dell’aghetto della bussola nello spazio attorno al magnete

31.

UNA BIGLIA D’ACCIAIO NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE Si studia la traiettoria di una biglia d’acciaio nel moto incipiente quando viene posta nello spazio attorno al magnete

32.

IL MAGNETE E LA RAPPRESENTAZIONE DEI SUOI EFFETTI Si confrontano per sovrapposizione i tre disegni ottenuti nelle tre schede precedenti

33.

IL MOTO IN UN CAMPO MAGNETICO Si confrontano le traiettorie di una pallina d’acciaio in presenza ed in assenza di un campo magnetico

34.

MAGNETIZZAZIONE TEMPORANEA

35.

IL CHIODO DIVENTA UNA CALAMITA Si impara come magnetizzare e smagnetizzare un chiodo

SEZIONE “H”: LA COSTRUZIONE DI UN MAGNETE E L’ELETTROCALAMITA 36.

APRIAMO UN GEOMAG Si vede che è composto da due magnetini e da un cilindro ferromagnetico al centro

37.

COSTRUIAMOCI UNA BUSSOLA

38.

LA CORRENTE E LA BUSSOLA Si studia l’effetto magnetico della corrente con l’esperienza di Øersted

39.

UN AVVOLGIMENTO E LA CALAMITA Si esplora l’interazione tra un magnete ed un avvolgimento percorso da corrente

40.

ELETTROCALAMITA Si riconosce l’uguaglianza degli effetti prodotti da un magnete e da un chiodo su cui è avvolto a spirale del filo elettrico percorso da corrente

41.

CONFRONTO TRA CAMPO ELETTRICO E CAMPO MAGNETICO Si confronta il fenomeno magnetico della calamita avvicinata ad un piccolo oggetto ferromagnetico, con il fenomeno elettrostatico della penna di plastica strofinata con un panno di lana avvicinata a dei piccoli pezzetti di carta

8. STRUMENTI PER LA DIDATTICA Sono stati costruiti alcuni strumenti per la didattica per semplificare, documentare e rendere riproducibile l’attività svolta in classe. 14

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8.1. SCHEDE SINTETICHE DEGLI ESPERIMENTI Per ogni attività è stata costruita una scheda di descrizione sintetica nella quale viene presentata la situazione, indicata la proposta d’azione ed il risultato conseguente. Lo scopo è di presentare la proposta di attività, cosa essa permetta di esplorare e capire. Tali schede sono organizzate in un catalogo. 8.2. SCHEDE DETTAGLIATE DEGLI ESPERIMENTI Ogni esperimento è qui descritto in dettaglio mediante una scheda che riporta: il titolo, il codice, il concetto affrontato, il materiale necessario, la descrizione e le fasi dello svolgimento, le osservazioni e le considerazioni conclusive. Queste schede sono rivolte all’insegnante per la programmazione delle attività in classe. 8.3. SCHEDE DIDATTICHE Sono state realizzate delle schede didattiche per i ragazzi: anch’esse sono riportate interamente all’interno di questo fascicolo. Vi è una scheda per ogni esperimento, per accompagnare l’alunno nelle diverse fasi dell’attività e aiutarlo a documentare i progressi nell’apprendimento. Tali schede sono strutturate in diverse parti. In ogni parte viene proposta una situazione tramite fotografia e descrizione, viene richiesta la formulazione di un’ipotesi che poi verrà messa a confronto con gli esiti dell’esplorazione sperimentale. Le schede didattiche non sono una guida all’attività, ma propongono una sequenza di interrogativi utili a riflettere o per esplorare fenomeni e processi. A conclusione di ciascuna scheda viene chiesto ai ragazzi di sintetizzare i principali risultati. Tramite discussione collettiva tale sintesi andrà a costruire una conclusione collettiva di riferimento per lo studio individuale a casa. 8.4. SITO WEB Tutti i materiali messi a punto sono stati organizzati in un sito web, perchè possano essere utilizzati sia per la formazione iniziale degli insegnanti, sia per sperimentazioni didattiche. La struttura dell’ambiente segue quella di questa proposta, con organizzazione ipertestuale. 8.5. CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE Una proposta didattica è definita nella misura in cui sono indicati tutti i dettagli necessari per la buona riuscita di una sperimentazione. Risulta molto importante costruire degli strumenti differenziati per ciascuna delle diverse attività previste, strutturando i vari esperimenti da proporre e realizzando delle schede didattiche mirate a garantire la coerenza nella strategia e ad aiutare i singoli studenti nei diversi passi da compiere per giungere alla conoscenza proposta come obiettivo. I materiali sperimentali e cartacei messi a punto per la proposta qui illustrata sono stati oggetto di molte revisioni e collaudi, perchè possano essere un riferimento affidabile per gli insegnanti interessati. Ci auguriamo di poterli migliorare ulteriormente grazie ai suggerimenti degli insegnanti che li utilizzeranno. 15

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SCHEDE DEGLI ESPERIMENTI SEZIONE “A”: PRIME ESPLORAZIONI 1. AVVICINARE UN MAGNETE AD OGGETTI DI VARI MATERIALI Si esplora l’interazione tra un magnete ed oggetti di vari materiali Concetto Materiali ferromagnetici come materiali che interagiscono con la calamita. Materiale necessario • 1 vaschetta bassa • 1 elemento di Geomag • 1 chiodo di metallo grigio (acciaio) • 1 temperino • 1 fermaglio per carte • 1 paio di forbici con manico di plastica • Monete di vario tipo (100 Lire; 1 - 10 - 20 cent di Euro; 1 Euro, 2 Euro); eventualmente alcune monete straniere • Cubetti di diverso materiale (alluminio (metallo grigio), acciaio, legno, pongo, polistirolo, cera) • Sferette di diverso materiale (acciaio (metallo grigio), vetro, legno, pongo, polistirolo, cera, plastica (pallina da ping-pong)) • Pezzetti di legno, ottone, rame, pongo, polistirolo, plastica (diversi per forma e composizione: a tazzina, a punta, rosa), alluminio; eventualmente altri oggetti diversi per forma e materiale Descrizione e fasi Avvicinare il magnete agli oggetti posti sul tavolo, uno alla volta e con entrambe le estremità del magnete; separare quelli attratti da quelli non attratti. Osservazioni Vengono attratti dalla calamita solo alcuni oggetti (chiodo d’acciaio, lama del temperino, fermaglio per carte, lama delle forbici, moneta da 100 Lire, interno della moneta da 1 Euro, interno della moneta da 2 Euro, cubetto d’acciaio, sfera d’acciaio), gli altri non sembrano interagire con la calamita (oggetti di polistirolo, di legno, di pongo, di alcuni metalli). I materiali attratti lo sono da entrambe le estremità del geomag. Considerazioni conclusive Tutti i pezzi di legno non sono attratti, il legno non è attratto. Tutti i pezzi di polistirolo non sono attratti, il polistirolo non è attratto. Tutti i pezzi di pongo non sono attratti, il pongo non è attratto, tutti i pezzi di cera non sono attratti, la cera non è attratta. Pezzi di alcuni metalli non sono attratti, quei determinati metalli non sono attratti.Tutti i pezzi di acciaio sono attratti, l’acciaio è attratto. È il materiale che determina l’attrazione con una calamita. Chiamiamo ferromagnetici i materiali attratti dalla calamita. 19

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2. LA CALAMITA ED I SASSOLINI DI METALLI FERROMAGNETICI Si riconoscono i metalli ferromagnetici Concetto Solo alcuni metalli sono ferromagnetici. Materiale necessario • 1 vaschetta bassa • 1 elemento di Geomag • 1 pezzetto di titanio • 1 pezzetto di acciaio • 1 pezzetto di stagno • 1 pezzetto di ottone • 1 pezzetto di alluminio • 1 pezzetto di ferro • 1 pezzetto di rame • 1 pezzetto di acciaio inox • 1 pezzetto di bronzo • 1 pezzetto di ghisa Descrizione e fasi Avvicinare il magnete ai pezzetti di metallo posti sul tavolo, uno alla volta, e separare quelli attratti da quelli che non sono attratti. Osservazioni Sono attratti dalla calamita solo i pezzetti di acciaio, ferro e ghisa. Considerazioni conclusive I metalli che interagiscono con il magnete sono detti ferromagnetici. I pezzetti di altri metalli, come il titanio, lo stagno, l’ottone, l’alluminio, il rame, l’acciaio inox ed il bronzo non interagiscono con il magnete, ossia non presentano proprietà ferromagnetiche.

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3. AVVICINIAMO I SASSOLINI FERROMAGNETICI Si esplora l’interazione tra due oggetti ferromagnetici Concetto Interazione reciproca tra due oggetti ferromagnetici. Materiale necessario • 2 sassolini di metallo ferromagnetico • 1 elemento di Geomag Descrizione e fasi Avvicinare fra loro i due sassolini ferromagnetici. Osservazioni Non succede niente, non vi è alcuna interazione. Considerazioni conclusive Gli oggetti di materiale ferromagnetico non sono attratti tra loro, lo sono solo da una calamita (o magnete).

4. LE INTERAZIONI SONO RECIPROCHE Si riconosce la reciprocità nell’interazione tra un oggetto ferromagnetico ed una calamita Concetto Reciprocità dell’interazione tra un magnete ed un oggetto ferromagnetico Materiale necessario • 1 rana con un pezzetto di materiale ferromagnetico in bocca • 1 canna da pesca con calamita in fondo al filo Descrizione e fasi Avvicinare la canna da pesca alla rana posta sul banco. Avvicinare poi la rana alla canna da pesca posta sul banco. Osservazioni Nel primo caso l’oggetto (la rana) viene attirato dalla calamita (canna da pesca). Nel secondo è la calamita (canna da pesca) ad essere attirata dall’oggetto (rana). Considerazioni conclusive L’interazione tra un magnete permanente ed un oggetto di materiale ferromagnetico è reciproca: il magnete attira l’oggetto, e l’oggetto attira il magnete. 21

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5. I POLI DEI MAGNETI Si esplora l’interazione tra due magneti tenuti in mano Concetto Interazione magnetica tra magneti. Materiale necessario • 2 calamite o elementi di Geomag, senza i poli segnati Descrizione e fasi Avvicinare i poli dei due elementi tenendoli stretti con le dita e sentire / percepire il tipo di interazione. Girare uno dei due elementi e riprovare. Girare l’altro e riprovare. Osservazioni Solo in alcuni casi i magneti si attraggono, dipende da che poli sono affacciati. Negli altri casi si respingono. Considerazioni conclusive Poli uguali di un magnete si respingono. Poli opposti si attraggono.

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SEZIONE “B”: I MAGNETI E LE BUSSOLE 6. AFFACCIARE POLI DIVERSI AD UN MAGNETE SUL TAVOLO Si esplora l’interazione tra un magnete tenuto in mano ed uno appoggiato sul tavolo Concetto Interazione tra due magneti di cui uno vincolato. Materiale necessario • 2 elementi di Geomag con un polo (nord) segnato Descrizione e fasi Tenendo in mano un Geomag, avvicinare il polo segnato (nord) all’altro polo (sud) di un altro Geomag appoggiato sul tavolo. Guardare come si comporta l’elemento di Geomag appoggiato sul tavolo. Avvicinare lo stesso polo (nord) del Geomag in mano all’altro polo (nord) del Geomag sul tavolo. Guardare come si comporta l’elemento di Geomag appoggiato sul tavolo. Osservazioni Se vengono avvicinati due poli opposti, si vede che il magnete libero di muoversi viene attratto dall’altro, si avvicina e si attacca. Se vengono avvicinati due poli omologhi (nord-nord o sud-sud) si nota che quello libero di muoversi ruota di 180° e poi i magneti si attraggono e si attaccano. Considerazioni conclusive Le due calamite, trovandosi vicine cercano una posizione di equilibrio e cioè di attaccarsi con due poli opposti a contatto. In gioco ci sono due forze che provocano una rotazione.

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7. UN MAGNETE NE DISTURBA UN ALTRO APPESO Si esplora l’interazione tra due magneti, uno in mano ed uno appeso Concetto Interazione tra un magnete vincolato e uno sospeso. Materiale necessario: • 1 elemento di Geomag • 1 magnete sospeso Descrizione e fasi Avvicinare il polo dell’elemento di Geomag tenuto in mano al magnete sospeso. Guardare come si comporta il magnete appeso. Osservazioni Si osservano gli stessi comportamenti visti con l’esperimento precedente (n° 6), cioè che se vengono avvicinati due poli opposti si vede che il magnete libero di muoversi viene attratto dall’altro, si avvicina e si attacca. Se vengono avvicinati due poli omologhi (nord-nord o sud-sud) si nota che quello libero di muoversi ruota di 180° e poi i magneti si attraggono e si attaccano. Considerazioni conclusive Le due calamite, trovandosi vicine, cercano una posizione di equilibrio stabile e cioè di attaccarsi con due poli opposti a contatto. Comunque siano disposte si muovono per raggiungere questa condizione.

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8. LA CALAMITA DISTURBA LA BUSSOLA Si esamina il comportamento di una bussola quando le si avvicina un magnete Concetto L’aghetto della bussola interagisce con un magnete. Materiale necessario • 1 elemento di Geomag • 1 bussola Descrizione e fasi Appoggiare la bussola sul tavolo ed avvicinare la calamita. Osservare come si comporta l’aghetto. Muovere la calamita intorno alla bussola ed osservare l’aghetto. Girare la calamita ed osservare l’aghetto. Osservazioni L’aghetto della bussola ruota in modo da puntare sempre verso la calamita anche se questa viene spostata in punti diversi dello spazio attorno alla bussola stessa. Ruotando la calamita in modo da invertire il polo affacciato alla bussola, l’aghetto ruota di 180°. Ora è l’altra punta dell’aghetto ad indicare sempre il polo della calamita. Considerazioni conclusive L’ago della bussola interagisce con la calamita e risente in modo diverso dei due poli della calamita: non si comporta come un oggetto ferromagnetico ma come una piccola calamita (bipolare). Per poter confermare questa ipotesi si deve controllare che si comporti come la calamita nelle diverse situazioni.

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9. IL MAGNETE COMANDA L’AGO DELLA BUSSOLA Si studia il comportamento della bussola quando interagisce con un magnete Concetto Natura magnetica dell’ago della bussola. Materiale necessario • 1 bussola • 1 elemento di Geomag Descrizione e fasi Avvicinare la bussola a ciascuno dei due poli del magnete. Avvicinare la calamita (prima con un polo e poi con l’altro) alla bussola spostandola in 8 posizioni diverse attorno alla bussola stessa. Osservare il comportamento dell’aghetto della bussola. Cercare una regola generale. Osservazioni L’ago della bussola punta solo verso le estremità della calamita. La punta dell’ago della bussola che si orienta verso nord (sud) viene attratta dal polo sud (nord) del magnete, ossia dalla parte del magnete che si orienta verso sud. Quando il magnete gira attorno alla bussola, il suo aghetto segue sempre la calamita. La sua orientazione dipende dal polo che gli viene avvicinato. La parte sud dell’aghetto punta sempre verso la parte nord del magnete e viceversa. Considerazioni conclusive Riconosciamo nell’interazione tra l’aghetto della bussola e la calamita le caratteristiche dell’interazione tra due calamite. Aggiungendo il fatto che interagisce con i metalli ferromagnetici (Scheda 12) e che gli aghetti delle bussole interagiscono come i magneti appesi, abbiamo la conferma che l’ago della bussola è un piccolo magnete.

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SEZIONE “C”: ESPLORAZIONE DELLO SPAZIO CON LA BUSSOLA 10. LA DIREZIONE DELL’AGO DI UNA BUSSOLA Si studia l’orientamento dell’ago della bussola in diversi punti del banco Concetto Campo magnetico terrestre. Materiale necessario • 1 bussola per ogni bambino • 3 foglietti di acetato trasparente, con segnato il centro, per ogni bambino • 1 pennarello per fogli trasparenti per ogni bambino Descrizione e fasi Posizionare sul banco (privo di parti in metalli ferromagnetici) i 3 foglietti trasparenti in punti diversi ma in modo che i lati restino paralleli. Appoggiare la bussola sopra ogni foglietto, uno alla volta, e disegnare un puntino per parte davanti e dietro all’aghetto, per poter tracciare la direzione dell’ago congiungendo i due punti. Sovrapporre tutti i disegni e guardare la direzione dei segmenti tracciati. Osservazioni Tutti i segmenti sono paralleli, perché l’aghetto della bussola si posiziona sempre lungo la stessa direzione, in ogni punto del banco. Considerazioni conclusive La terra si comporta come un grande magnete e l’aghetto della bussola sente questa interazione magnetica e si posiziona lungo il suo asse magnetico. Possiamo quindi usare la bussola per esplorare le proprietà magnetiche dei punti dello spazio tutto intorno.

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11. LIBERI DI ORIENTARSI Si confronta il comportamento di un magnete appeso con quello di una bussola Concetto L’aghetto della bussola ed il magnete appeso si orientano nella stessa direzione. Materiale necessario • 1 magnete sospeso • 1 bussola Descrizione e fasi Lasciare ferma la bussola ed osservare come si orienta il suo aghetto. Eseguire la stessa operazione col magnete appeso. Confrontare i due orientamenti. Osservazioni Il magnete appeso e l’aghetto della bussola si collocano sempre lungo una stessa direzione. Considerazioni conclusive L’aghetto della bussola si orienta come una calamita, si deve quindi esplorare se nelle interazioni con i magneti si comporta come una calamita (Scheda 9 e 12); in tal caso può essere uno strumento valido per esplorare le proprietà magnetiche che si manifestano nello spazio circostante.

11.a CONFRONTO CON UNA BUSSOLA (con variante) Si studia cosa succede se si posiziona una bussola esattamente sotto ad un magnete appeso Concetto Direzione del campo magnetico terrestre. Materiale necessario • 1 magnete appeso • 1 bussola Descrizione e fasi Posizionare la bussola esattamente sotto al magnete appeso ed osservare in che posizione si collocano i due. Osservazioni L’ago della bussola posta sotto al magnete appeso si orienta nella stessa direzione ma in verso opposto ad esso. Considerazioni conclusive L’ago della bussola è un piccolo magnete. Se avvicinato risente delle interazioni tra magneti. 28

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12. LA BUSSOLA NELLA STANZA Si esplora la nostra classe con la bussola Concetto Direzione del campo magnetico terrestre. Materiale necessario • 1 bussola • 1 piantina della classe Descrizione e fasi Posizionare la bussola in diverse parti della stanza e rilevare la direzione in cui si posiziona il suo aghetto. Avvicinare la bussola ad un oggetto di materiale ferromagnetico presente nella stanza (il termosifone, i piedi del banco, ...) ed osservare come cambia la direzione in cui si orienta. Osservazioni Possiamo generalizzare le osservazioni dell’esperimento 10 e 11: l’aghetto della bussola si posiziona sempre lungo la stessa direzione, come il magnete appeso, in ogni punto della stanza. Guardando in che punto è il sole e che ora è (sapendo che nasce a est e tramonta a ovest) siamo in grado di riconoscere che si colloca sempre lungo l’asse nord-sud della terra (1). La direzione di orientazione dell’aghetto viene modificata dalla presenza di oggetti ferromagnetici nelle vicinanze. Considerazioni conclusive La terra si comporta come un grande magnete e l’aghetto della bussola sente questa interazione magnetica e si posiziona lungo il suo asse magnetico (nord-sud). Possiamo quindi usare la bussola per esplorare le proprietà magnetiche dello spazio tutto intorno oppure per orientarci rispetto al nord. L’aghetto della bussola interagisce anche con oggetti ferromagnetici. L’aghetto della bussola si comporta come un magnete.

(1)

Noi sappiamo che il polo nord geografico coincide pressapoco con il polo sud magnetico del pianeta. Non è il caso di illustrarlo o discuterlo con i bampini in questa fase. 29

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12.a. MAGNETE APPESO (solo esperimento) Si esplora la classe con un magnete appeso Concetto Campo magnetico terrestre. Materiale necessario • 1 magnete sospeso (3 elementi di Geomag più un supporto girevole con piedistallo, filo di sospensione e alloggio in plastica per i magneti) Descrizione e fasi Posizionare il magnete sospeso in diverse parti della stanza e osservare in che direzione si orienta quando le sue oscillazioni divengono molto piccole, quasi a fermarsi. Osservazioni Il magnete appeso si colloca sempre lungo l’asse nord-sud. Ciò è verificabile osservando il sole e sapendo che nasce ad est e tramonta a ovest. Considerazioni conclusive Il magnete libero di ruotare risente del campo magnetico terrestre e si pone lungo il suo asse magnetico.

12.b. MAGNETE APPESO (con variante) Durante l’esplorazione della classe con un magnete appeso, si passa vicino ad un oggetto ferromagnetico (es. il piede di una sedia) Concetto Campo magnetico terrestre. Materiale necessario • 1 magnete sospeso (3 elementi di Geomag più un supporto girevole con piedistallo, filo di sospensione e alloggio in plastica per i magneti) Descrizione e fasi Avvicinare il magnete appeso ad una gamba del tavolo, magari facendo finta di niente, passando. Osservazioni Il magnete appeso tende verso la gamba del tavolo e si attacca ad essa. Considerazioni conclusive Il magnete libero di ruotare, sentendo un corpo metallico ferromagnetico, devia la sua direzione da quella del campo magnetico terrestre e si orienta verso di esso. 30

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13. ESPLORAZIONE DELLA NOSTRA CASA CON LA BUSSOLA Concetto Saper utilizzare una bussola. Materiale necessario • 1 bussola per ogni bambino • 1 rosa dei venti Descrizione e fasi Posizionare la bussola in diverse parti di casa nostra vicino ad oggetti indicati e osservare lungo che direzione si posiziona il suo aghetto. Disegnare l’orientazione dell’aghetto rispetto alla “rosa dei venti” data. Osservazioni Possiamo applicare le osservazioni dell’esperimento 12 e cioè che l’aghetto della bussola si posiziona sempre lungo la stessa direzione, nord-sud, in ogni punto della casa, per conoscere l’orientazione delle diverse parti della nostra casa rispetto ai poli magnetici terrestri (che corrispondono grossomodo a quelli geografici). Considerazioni conclusive La terra si comporta come un grande magnete, l’aghetto della bussola sente questa interazione magnetica e si posiziona lungo il suo asse magnetico. Possiamo quindi usare la bussola per orientarci nello spazio. Possiamo utilizzarla per stabilire l’orientazione della vasca da bagno, del letto, del tavolo della cucina rispetto alla terra, invece che rispetto alla stanza.

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13bis. COSA FA RUOTARE I CORPI Si riconoscono la condizione di rotazione dei corpi ed il perchè i magneti ruotino per attaccarsi Concetto Le forze responsabili della rotazione di un corpo. Materiale necessario • Solo la scheda Descrizione e fasi Analizzare in modo operativo situazioni in cui facciamo ruotare un corpo e cosa si fa per farlo ruotare. Confrontare l’azione necessaria per far ruotare un corpo con quella di un magnete che ne fa ruotare un altro. Osservazioni Un magnete usa lo stesso nostro metodo per far ruotare l’altro magnete: esercita forze opposte e parallele, una coppia di forze Considerazioni conclusive Una forza sola, applicata nel centro di massa di un corpo, lo spinge via. Dietro ad una rotazione c’è sempre una forza applicata in un punto diverso dal centro di massa e con direzione che non passa per esso o una coppia di forze, ovvero due forze uguali ed opposte, applicate in due parti diverse del corpo da ruotare. Nel caso delle calamite avviene che quando sono a breve distanza e interagiscono, le azioni di ciascun polo di ciascun magnete si sentono sull’altro; sui due magneti agiscono due forze opposte: una di repulsione (data dal polo omologo) ed una di attrazione (data dal polo opposto), ciò provoca una rotazione del magnete libero di muoversi, che si orienta lungo l’asse dei due magneti con poli opposti affacciati. Poi la forza di attrazione diventa la dominante ed i due magneti si avvicinano e si attaccano.

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SEZIONE “D”: INTERAZIONI TRA MAGNETI 14. MAGNETI APPESI Si esplora l’interazione fra magneti sospesi liberi di ruotare Concetto Interazione tra magneti svincolati. Materiale necessario • 2 magneti sospesi Descrizione e fasi Avvicinare i due magneti sospesi e guardare come si comportano. Osservazioni I magneti sospesi si attaccano o ruotano rapidamente e si attaccano. Considerazioni conclusive Le due calamite, trovandosi vicine, cercano una posizione di equilibrio e cioè di attaccarsi con due poli opposti a contatto, come nell’esperimento n° 6.

15. ZATTERINE MAGNETICHE Si esplora l’interazione fra magneti galleggianti liberi di ruotare Concetto Interazione tra magneti galleggianti. Materiale necessario • 1 vaschetta piena d’acqua • 2 elementi di Geomag fissati su due pezzi di polistirolo Descrizione e fasi Appoggiare nell’acqua i due magneti galleggianti ad una certa distanza e vedere come si comportano. Osservazioni I magneti galleggianti “si sentono”, “si cercano” e, se sono con i poli diversi affacciati, si attraggono e si attaccano, altrimenti ruotano per affacciare poli diversi e poi si avvicinano e si attaccano. Considerazioni conclusive Le due calamite, trovandosi vicine, cercano una posizione di equilibrio e cioè di attaccarsi con due poli opposti a contatto, come nell’esperimento n° 6. 33

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16. ZATTERINE MAGNETICHE INCANALATE Si studia l’interazione fra magneti galleggianti vincolati da fili che costituiscono dei binari Premessa Abbiamo visto che se avviciniamo tra loro due magneti, di cui almeno uno dei due è libero di girare, le forze attrattive e repulsive si compongono come una coppia, in modo tale da causare una rotazione che porta ad affacciare due poli opposti che poi si attirano fino ad attaccarsi. Abbiamo visto anche che, tenendo due magneti in mano con i poli uguali affacciati, si sente una repulsione e non si riesce ad avvicinarli al punto da farli toccare. Ora vediamo meglio queste forze attrattive e repulsive quando i magneti non possono ruotare perché costretti in una determinata direzione da una rotaia. Concetto Interazione tra magneti vincolati. Materiale necessario • 1 vaschetta piena d’acqua • 2 elementi di Geomag fissati su due pezzi di polistirolo • 2 pezzi di spago sottile legabili alla vaschetta Descrizione e fasi Appoggiare nell’acqua, tra i due spaghi tesi e fissati, i due magneti galleggianti, con due poli opposti affacciati, ad una certa distanza e vedere come si comportano. Girare una zatterina e ripetere l’esperimento. Girare l’altra zatterina e ripetere l’esperimento. Staccare lo spago e legarlo in altri due punti in modo da individuare un’altra direzione di interazione e ripetere le stesse operazioni. Osservazioni I magneti galleggianti si sentono ma non possono ruotare, quindi si osserva repulsione se si trovano affacciati i poli omologhi cioè nord-nord o sud-sud. Si osserva attrazione fra i poli magnetici se si trovano affacciati i poli opposti cioè nord-sud o sud-nord. Considerazioni conclusive In questo caso i due magneti non possono ruotare per affacciare poli opposti ed attrarsi, perché sono vincolati dallo spago lungo una direzione; se sono affacciati con due poli opposti si attraggono per poi attaccarsi, se sono affacciati due poli omologhi si respingono allontanandosi o rimanendo lontani. La direzione non influisce sul tipo di interazione, come si può verificare anche ruotando la vaschetta in diverse direzioni.

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17. MAGNETI IN TRENO Si studia l’interazione fra magneti vincolati su trenini posti su di un binario (Esperimento alternativo al n° 16) Premessa Abbiamo visto che se avviciniamo tra loro due magneti di cui almeno uno dei due è libero di girare, le forze attrattiva e repulsiva agiscono in modo tale da causare una rotazione che porta ad affacciare due poli opposti, i quali si attirano fino ad attaccarsi. Abbiamo visto anche che, tenendo due magneti in mano con i poli uguali affacciati, si sente una repulsione e non si riesce ad avvicinarli al punto da farli toccare. Ora vediamo meglio queste forze attrattive e repulsiva quando i magneti non possono ruotare perché costretti in una determinata direzione da una rotaia. Concetto Interazione fra magneti vincolati. Materiale necessario • 2 elementi di Geomag fissati su due trenini, con possibilità di staccarli per girarli • 2 guida o rotaia Descrizione e fasi Fissare sui trenini i Geomag con i poli opposti affacciati, inserirli nella guida e guardare come si comportano. Ruotare uno dei due Geomag e ripetere l’esperimento. Ruotare l’altro Geomag e ripetere l’esperimento. Orientare diversamente la rotaia e ripetere l’esperimento. Osservazioni Si osserva, come nell’esperimento n° 16, attrazione fra i poli magnetici se si trovano affacciati poli opposti cioè nord-sud o sud-nord. Si osserva repulsione fra i poli magnetici se si trovano affacciati poli omologhi cioè nord-nord o sud-sud. Considerazioni conclusive Siccome in questo caso i due magneti sono vincolati dalla rotaia lungo una direzione e non possono ruotare, se sono già affacciati con due poli opposti si attraggono per poi attaccarsi, se sono affacciati due poli omologhi si respingono allontanandosi o rimanendo lontani. La direzione della rotaia non influisce sull’interazione.

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18. MAGNETI IN UN TUBICINO Si studia l’interazione fra magneti vincolati in un tubicino (Esperimento alternativo al n° 16 e al n° 17) Premessa Abbiamo visto come interagiscono tra loro due magneti vincolati in una direzione (negli esperimenti n° 16 e n° 17). Ora concentriamoci sulla forza repulsiva tra magneti vincolati in un tubicino. Concetto Forza di repulsione fra magneti vincolati. Materiale necessario • 2 elementi di Geomag • 1 tubo di plexiglass trasparente Descrizione e fasi Inserire i Geomag nel tubo con i poli opposti a fronte e inclinare lo stesso, fino a portarlo in direzione verticale; guardare come si comportano i magneti. Ruotare uno dei due Geomag e ripetere l’esperimento. Ruotare l’altro Geomag e ripetere l’esperimento. Ruotare il tubicino e ripetere l’esperimento. Osservazioni Come nell’esperimento n° 16 si osserva attrazione fra i poli magnetici se si trovano affacciati poli opposti cioè nord-sud o sud-nord. Si osserva repulsione fra poli magnetici se si trovano affacciati poli omologhi cioè nord-nord o sud-sud. Considerazioni conclusive Siccome in questo caso i due magneti sono vincolati dal tubicino lungo una direzione e non possono ruotare, se sono affacciati con due poli opposti si attraggono per poi attaccarsi, se sono affacciati due poli omologhi si respingono allontanandosi o rimanendo lontani ad una determinata distanza (sempre la stessa con gli stessi magnetini).

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SEZIONE “E”: DISTANZA TRA MAGNETI 19. LA DISTANZA NELLE INTERAZIONI MAGNETICHE: I MAGNETI GALLEGGIANTI Si studia come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza Concetto Interazione magnetica e distanza. Materiale necessario • 1 vaschetta piena d’acqua • 2 magneti galleggianti Descrizione e fasi Appoggiare i due magneti galleggianti in punti diversi della vaschetta, lasciarli liberi ed osservare. Notare specialmente con che velocità i due magneti si avvicinano per poi attaccarsi. Osservazioni Più i magneti sono vicini più partono velocemente. La loro velocità aumenta man mano che si avvicinano. Considerazioni conclusive L’intensità della forza di attrazione aumenta al diminuire della distanza.

19.a LE INTERAZIONI MAGNETICHE DIPENDONO DALLA DISTANZA (con le macchinine) Si studia come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza utilizzando due magneti fissati su due macchinine ed inclinando in modo diverso il piano su cui sono poste Concetto Rapporto interazione magnetica e distanza. Materiale necessario • 2 elementi di Geomag fissati su due macchinine, con possibilità di staccarli per girarli • 1 guida Descrizione e fasi Fissare una delle due macchinine su una delle estremità del piano ed appoggiare l’altra davanti alla prima, con i Geomag montati con i poli uguali a fronte. Inclinare in modo diverso il piano su cui sono poste le macchinine ed osservare. Osservazioni Più i magneti sono vicini, più intensa è la forza di repulsione che agisce tra loro. Considerazioni conclusive L’intensità della forza aumenta al diminuire della distanza tra magneti. La forza è uguale ed opposta alla componente del peso lungo il piano inclinato e la distanza di equilibrio si misura direttamente. 37

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20. ATTRAZIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA Si studia con una molla come l’attrazione magnetica dipenda dalla distanza tra i trenini posti su di un binario Premessa Abbiamo visto come le forze di attrazione e di repulsione agiscano e si notino in modo evidente quando i magneti sono vincolati in una direzione fissa. Ora misuriamo la forza di attrazione. Concetto Misurare l’influenza della distanza sulla forza di attrazione tra poli opposti di due magneti. Materiale necessario • 2 elementi di Geomag fissati su due trenini, con possibilità di staccarli per girarli (ruotarli di 180°) • 1 guida o rotaia con gancio per fissare un trenino • 1 dinamometro (molla provvista di scala graduata che possa essere attaccata ad un trenino) • Alcuni piccoli divisori tutti uguali tra loro, che possano essere fissati alla rotaia • Foglio e penna per annotazioni Descrizione e fasi Fissare uno dei trenini ad una delle estremità della rotaia. Sistemare i divisori davanti al trenino fissato. Appoggiare l’altro trenino dall’altra parte dei divisori con la calamita montata col polo opposto a fronte, in modo che l’attrazione lo tenga appoggiato ai divisori. Tirate la molla delicatamente e misurare la sua lunghezza nel punto di equilibrio, al distacco del trenino attaccato alla molla dai divisori. La misura deve essere fatta quando il trenino è trattenuto dalla molla, ma si trova alla stessa distanza a cui era trattenuto dai divisori. Togliere uno alla volta i divisori e ripetere la misura. Segnare tutti i dati raccolti e costruire un grafico con l’allungamento della molla in ordinata e la distanza tra i trenini in ascissa. Osservazioni Meno divisori ci sono più la molla si allunga. Più i magneti sono vicini più intensa è la forza di attrazione che agisce tra loro. Il grafico che si ottiene è quello proposto qui di fianco. Considerazioni conclusive L’intensità della forza di attrazione è inversamente proporzionale alla distanza ad una potenza che supera il cubo.

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21. REPULSIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA Si misura come la repulsione magnetica dipenda dalla distanza tra i poli di magneti posti in un tubicino Premessa Negli esperimenti n° 16, n° 17 e n° 18 abbiamo visto come attrazione e repulsione agiscano quando i magneti sono vincolati in una direzione fissa. Nell’esperimento n° 20 abbiamo anche misurato in modo quantitativo la forza di attrazione, in funzione della distanza. Ora misuriamo la forza di repulsione. Concetto Misurare la forza di repulsione tra due magneti in funzione della loro distanza. Materiale necessario • 2 elementi di Geomag • 1 tubicino di plexiglass chiuso ad una estremità con un diametro interno di circa 1 cm • Foglio e penna per annotazioni • Alcuni pesetti Descrizione e fasi Inserire nel tubicino i due Geomag con poli uguali affacciati. Posizionare il tubicino in verticale e misurare la distanza tra i poli affacciati dei due Geomag. Aggiungere uno alla volta tanti oggetti ugua(d) li per aumentare il peso del Geomag sospeso e misurare ogni volta la distanza ottenuta. Riportare in una tabella il peso sostenuto dalla forza di repulsione (F) e la distanza tra poli affacciati (d). Riportare in un grafico i dati della tabella. Il grafico che si ottiene è quello proposto qui di fianco. Osservazioni Più i magneti sono vicini più intensa è la forza di repulsione che agisce tra loro. Il grafico che si ottiene è una curva di grande pendenza.

numero di pesetti (F)

Considerazioni conclusive L’intensità della forza di attrazione è inversamente proporzionale alla distanza ad una potenza che supera il cubo. 39

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22. COMPORTAMENTO DI DUE MOLLE IN TENSIONE Si misura con due molle in tensione l’attrazione tra poli diversi di due magneti uguali Concetto Misurare il comportamento di due molle uguali. Materiale necessario • 2 elementi di Geomag fissati su due mezze cannucce legate a due molle uguali (per essere sicuri che siano uguali prenderne una unica e tagliarla a metà) inserite in due cannucce graduate • 1 tubicino di plexiglass con un diametro interno di circa 1 cm • 1 piccolo pezzo di polistirolo per tenere i due Geomag lievemente distaccati • Foglio e penna per annotazioni Descrizione e fasi Appoggiare i due Geomag nel tubicino, con i poli opposti a fronte, lievemente staccati dal pezzetto di polistirolo. Tenere ferma una molla con un paletto verticale e tirare delicatamente l’altra molla. Misurare la lunghezza che raggiungono entrambe le molle. Togliere il bastoncino e tenere ferma la prima molla con l’altra mano. Misurare la lunghezza che raggiungono entrambe le molle. Tirare l’altra molla e misurare entrambe le lunghezze. Tirare entrambe le molle e misurarne le lunghezze. Osservazioni Qualsiasi forza si applichi ad una o ad entrambe le molle, esse si allungano sempre in modo uguale. Considerazioni conclusive Se nell’esperimenti n° 20 entrambi i trenini fossero stati attaccati ad una molla, le due molle si sarebbero allungate sempre allo stesso modo, c’era quindi la necessità di spostare ogni volta i divisori.

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23. PORTATA DI UN MAGNETE Concetto La forza di un magnete. Materiale necessario • 2 elementi di Geomag o magneti “a barra” • Alcune piccole rondelle di acciaio della stessa dimensione Descrizione e fasi Avvicinare al magnete le rondelle, una alla volta, in modo che si attacchino a catena. Contare quante rondelle riesce a sostenere un magnete. Ripetere l’esperimento alcune volte per controllo. Attaccare i due Geomag attraverso i due poli opposti e ripetere l’esperimento. Osservazioni Il magnete riesce ad alzare un certo numero di rondelle, sempre uguale. Considerazioni conclusive Possiamo misurare la forza peso che un magnete riesce ad equilibrare: la sua portata. La calamita riesce a sollevare un numero crescente di rondelle fino al numero di rondelle il cui peso corrisponde alla forza attrattiva da lui esercitata.

24. MAGNETI IN SERIE ED IN PARALLELO Concetto La forza di due magneti. Materiale necessario • 2 Geomag o magneti “a barra” • Alcune piccole rondelle d’acciaio della stessa dimensione Descrizione e fasi Attaccare i due magneti in serie avvicinando due poli opposti. Avvicinare al magnete le rondelle, una alla volta, in modo che si attacchino a catena. Contare quante rondelle riesce a sostenere. Ripetere l’esperimento alcune volte per controllo. Attaccare ora ad una stessa rondella due Geomag con poli uguali (in parallelo). Ripetere l’esperimento precedente. Confrontare la portata dei due magneti nei due casi. Osservazioni I magneti in parallelo hanno una portata doppia rispetto a quelli in serie. Considerazioni conclusive Due magneti in serie si comportano come uno solo. Hanno la portata di un unico magnete. Due magneti in parallelo sommano le loro portate, come se ciascuno in modo indipendente sollevasse pesi. 41

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SEZIONE “F”: COMPOSIZIONE DI MAGNETI E POLI 25. LA DEVIAZIONE DELL’AGO DELLA BUSSOLA CHE SI AVVICINA AL MAGNETE Si misura quantitativamente con la bussola come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza Concetto Misurare l’influenza della distanza sull’interazione magnetica. Materiale necessario • 1 cartoncino con disegnata una linea retta divisa in segmenti uguali ed una ad essa ortogonale • 1 elemento di Geomag • 1 bussola • Foglio e penna per annotazioni Descrizione e fasi Appoggiare la bussola ad una delle estremità della linea retta graduata disegnata. Ruotare il cartoncino fino a che l’aghetto della bussola si dispone (sotto l’unico effetto dell’attrazione terrestre) perpendicolarmente alla retta graduata. Collocare il Geomag all’altra estremità della riga graduata con l’asse principale in direzione parallela ad essa. Disegnare la direzione dell’aghetto della bussola. Avvicinare la bussola di un segmento alla volta e tracciare ogni volta la direzione dell’aghetto (a). Prolungare le rette che descrivono le direzioni individuate e scegliere una lunghezza fissa per la componente ortogonale alla retta graduata. Proiettare sulla retta graduata l’altra componente di ciascuna direzione assunta dall’ago e misurare tale proiezione (Bm). Raccogliere i dati della distanza della bussola dal magnete e della proiezione misurata (Bm) in una tabella. Osservazioni L’aghetto della bussola si inclina di un angolo, a, sempre maggiore rispetto alla direzione iniziale al diminuire della distanza dal magnete. Considerazioni conclusive L’ago della bussola si comporta come un piccolo magnete libero di ruotare per orientarsi secondo l’influenza dei magneti presenti nelle vicinanze. Inizialmente esso si orienta nella direzione nordsud per l’interazione con la terra come magnete principale. Il magnete posto in direzione est-ovest tende a orientare nella propria direzione la bussola la quale si orienta secondo un angolo, a, che ha come componenti in direzione nord-sud il magnete terra (Bt) e in direzione est-ovest il magnete da noi collocato (Bm). Questo ci permette di sapere l’influenza del magnete da noi collocato in funzione della distanza da esso, visto che l’influenza del magnete terra è sempre la stessa. 42

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26. I POLI DI UN MAGNETE E LA GRAFFETTA Si studia come localizzare i poli di un magnete usando un oggetto ferromagnetico Concetto L’attrazione del magnete si intensifica nei due poli. Materiale necessario • 1 elemento di Geomag • 1 graffetta ferromagnetica Descrizione e fasi Avvicinare un polo alla volta della calamita alla graffetta sistemata in tutte e quattro le posizioni possibili (come da figura). Osservare il comportamento della graffetta. Osservazioni La graffetta è sempre attirata dal magnete, si avvicina e si attacca ad esso qualunque sia la posizione di partenza. Considerazioni conclusive A differenza dell’esperimento in cui abbiamo visto come un’altra calamita si orienta rispetto alla prima a seconda di che poli sono affacciati, un oggetto ferromagnetico viene attratto dalla calamita in ogni sua parte allo stesso modo, da entrambi i poli.

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27. IL MAGNETE SPEZZATO Si riconosce che spezzando un magnete se ne ottengono due simili Concetto Spezzando un magnete otteniamo due magneti uguali. Materiale necessario • 4 cilindretti magnetici • 1 oggetto ferromagnetico abbastanza pesante Descrizione e fasi Presentare ai bambini i 4 cilindretti magnetici uniti che appaiono come un’unica calamita. Avvicinare ad essi l’oggetto ferromagnetico e provare a vedere se è attirato dai due poli opposti della lunga calamita e dal suo corpo, specialmente dai punti di unione delle 4 calamite, per verificare che si comporta come un unico magnete. Spezzare la calamita a metà e avvicinare di nuovo l’oggetto. Spezzare a metà anche le due calamite ottenute e controllare tutti e quattro i pezzettini. Osservazioni I due poli del magnete di qualsiasi lunghezza attirano l’oggetto ferromagnetico e lo sollevano; il punto in cui due magneti sono attaccati non riesce mai a sollevare l’oggetto. Considerazioni conclusive Il sistema formato da due magneti attaccati si comporta come un’unica calamita di lunghezza doppia: un oggetto di materiale ferromagnetico viene attratto solo dalle estremità (i poli), mentre non interagisce con la zona centrale del magnete composto. Una serie di più magneti uguali si comporta come un’unica calamita con i poli situati alle estremità. Se si separano uno alla volta i vari elementi si riottengono ogni volta coppie di magneti con poli nord e sud. Se si spezza in due un singolo magnete si ottengono due magneti, ciascuno del quali con un polo nord ed un polo sud. Non è possibile separare o isolare un polo magnetico. Un qualsiasi pezzo di un magnete presenta sempre un polo nord ed un polo sud.

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27bis. LA SEPARAZIONE DEI POLI MAGNETICI Si evidenzia l’impossibilità di scindere i poli di un magnete Concetto Non si può separare un polo dall’altro. Materiale necessario • 4 cilindretti magnetici • 1 elemento di Geomag Descrizione e fasi Esplorare con un Geomag uno dei quattro pezzi ottenuti con l’esperimento precedente (n° 27). Avvicinare quindi il Geomag esploratore ad entrambi i poli del magnete spezzato ed osservarne il comportamento. Ripetere l’esperimento con un altro dei pezzettini. Unirne due e ripetere l’esperimento. Osservazioni In ogni pezzettino c’è un polo che attrae e uno che respinge un determinato polo del Geomag. Considerazioni conclusive Ogni pezzettino della calamita è bipolare quindi sono tutte calamite uguali. Se si spezza in parti anche minuscole un singolo magnete si ottengono sempre dei magneti, ciascuno del quali provvisto di un polo nord e di un polo sud. Non è possibile separare o isolare un polo magnetico.

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28. LE CALAMITE CONGIUNTE Si mostra come più magneti attaccati ne creino uno solo Concetto Attaccando più magneti si ottiene un’unica calamita, più lunga ma con le stesse proprietà. Materiale necessario • 2 elementi di Geomag • 1 oggetto ferromagnetico abbastanza pesante Descrizione e fasi Avvicinare due poli opposti (nord-sud) di due Geomag e lasciare che si attacchino. Sondare il loro comportamento nei poli e nel punto di unione utilizzando l’oggetto ferromagnetico. Osservazioni I due poli dell’asticella di qualsiasi lunghezza sollevano l’oggetto, il punto in cui due magneti sono attaccati non riesce mai a sollevare l’oggetto. Considerazioni conclusive Questo è un esperimento di conferma. Le conclusioni sono generalizzabili anche ai due esperimenti precedenti. (n° 27 e n° 27bis). Il sistema formato dai due magneti attaccati si comporta come un’unica calamita di lunghezza doppia: un oggetto di materiale ferromagnetico viene attratto solo dalle estremità (i poli), mentre non interagisce con la zona centrale del magnete composto. Una serie di più magneti uguali si comporta come un’unica calamita con i poli situati alle estremità. Questo accade perché il campo magnetico, che è una proprietà dello spazio, si compone facendo in modo che i due poli a contatto annullino il loro effetto all’esterno. Se si separano uno alla volta i vari elementi si riottengono ogni volta coppie di magneti con poli nord e sud.

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SEZIONE “G”: LO SPAZIO INTORNO AI MAGNETI 29. LA PAGLIETTA D’ACCIAIO ED IL MAGNETE Si esplora la disposizione della paglietta d’acciaio intorno ad un magnete Concetto Visualizzazione del campo magnetico di un magnete. Materiale necessario • 1 scatola di plastica trasparente (es. un porta cd rom) ben sigillata • Pezzetti di paglietta d’acciaio • 1 magnete a barra (grande) • 1 lastra di plexiglass con piedini • 1 foglio di acetato trasparente • 1 pennarello per fogli lucidi Descrizione e fasi Avvicinare il magnete alla scatolina contenente la limatura di ferro ed osservare che cosa accade. Spostare il magnete ed osservare la limatura. Disporre la limatura nella vaschetta in modo omogeneo e poi appoggiare il magnete disteso sopra alla vaschetta. Osservare come si dispone la limatura. Ripetere l’ultima parte appoggiando il magnete sotto alla scatola per vedere meglio. Sistemare la scatola col magnete attaccato sotto alla lastra di plexiglass e disegnare su un foglio di acetato trasparente le linee su cui la limatura di ferro è costretta a stare dalla presenza della calamita. Osservazioni La limatura di ferro segue la calamita. Quando lo distendiamo sotto alla scatola, il magnete rimane attaccato e la limatura si aggrega formando dei filamenti, disposti a raggiera intorno ai poli magnetici della calamita e con una tipica configurazione tutto intorno. Alcuni filamenti si dispongono sul piano d’appoggio, alcuni perpendicolarmente ad esso ed altri obliquamente. Considerazioni conclusive Lo spazio in presenza di un magnete acquista una nuova proprietà, che orienta gli aghetti ferromagnetici. Piccoli oggetti ferromagnetici (come sono i pezzetti di paglietta) vengono attratti dal magnete secondo delle linee precise che vengono appunto dette “linee di campo”.

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29bis. LA SIMMETRIA DEGLI EFFETTI DI UN MAGNETE Si esplora la disposizione della paglietta d’acciaio cambiando la posizione del magnete (simmetria circolare e simmetria cilindrica) Concetto Analisi approfondita dell’interazione magnete - limatura. Materiale necessario: • 1 scatola di plastica trasparente (es. un porta cd rom) ben sigillata • pezzetti di paglietta di acciaio • 1 magnete a barra (grande) • 1 bussola Descrizione e fasi Mettendosi nelle condizioni dell’esperimento precedente (n° 29), provare a ruotare la calamita sul suo asse principale o attorno a quello ad esso perpendicolare, invertendo i poli, sempre mantenendola appoggiata alla scatolina con la limatura di ferro. Osservare come si dispone la limatura. Ripetere l’esperimento avvicinando la calamita alla bussola anziché alla limatura. Osservare l’aghetto della bussola. Osservazioni Modificando la posizione del magnete, il disegno illustrato dalla limatura non cambia la sua forma e la sua simmetria ruotando il magnete attorno ai suoi assi principali. L’aghetto della bussola invece mostra dei cambiamenti importanti solo nel caso in cui vengano invertiti i due poli della calamita. Considerazioni conclusive Le linee di orientazione prodotte dal magnete dipendono solo dalle sorgenti magnetiche.

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30. LA BUSSOLA NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE Si studia l’orientamento dell’aghetto della bussola nello spazio attorno al magnete Concetto Visualizzazione del campo magnetico di un magnete. Materiale necessario • 1 piccola bussola • 1 magnete a barra (grande) • 1 foglio di carta • 1 pennarello Descrizione e fasi Sistemare un magnete a barra sopra un foglio e tenerlo fermo. Avvicinare la bussola ad uno dei poli del magnete e tracciare un segmento che indica la direzione dell’ago della bussola in quella posizione. Ripetere l’operazione spostando la bussola in modo tale che l’ago si disponga consecutivamente al segmento precedentemente tracciato. Ripetere l’operazione fino a portare la bussola in prossimità dell’altro polo. Ripetere le operazioni descritte in modo da caratterizzare come si dispone l'ago della bussola in punti diversi dello spazio. Costruire un numero sufficiente di segmenti in modo tale da visualizzare bene la struttura spaziale attorno al magnete. Osservazioni L’ago della bussola si ferma in posizioni diverse a seconda della disposizione rispetto al magnete. Muovendosi da un polo all’altro, l’aghetto si gira e traccia una curva, quasi un ovale. Al suo interno si possono tracciare ovali sempre più piccoli, che partono sempre da un polo e arrivano all’altro. In prossimità dei poli i segmenti si dirigono verso l’esterno come ad iniziare degli ovali sempre più grandi. Considerazioni conclusive Possiamo concludere che lo spazio in presenza di un magnete acquista una nuova proprietà. Altre calamite (come l’aghetto della bussola) vengono attratte dal magnete secondo delle linee precise che vengono appunto dette “linee di campo”.

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31. UNA BIGLIA D’ACCIAIO NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE Si studia la traiettoria di una biglia d’acciaio nel moto incipiente quando viene posta nello spazio attorno al magnete Concetto Visualizzazione del campo magnetico di un magnete. Materiale necessario • Disegno realizzato precedentemente (nell’esperimento n° 30) con la bussola • 1 biglia di acciaio • 1 magnete a barra (grande) Descrizione e fasi Risistemare il magnete sopra al foglio e tenerlo fermo nella posizione di prima. Posizionare una biglia d’acciaio su una delle linee tracciate davanti ad uno dei poli del magnete e lasciarla libera di muoversi. Osservare che strada compie prima di attaccarsi al magnete. Ripetere più volte l’operazione. Osservazioni Se appoggiata davanti ai poli magnete, la biglia va ad attaccarsi ad essi percorrendo le linee tracciate con l’aiuto della bussola. Se viene invece collocata in un punto non immediatamente davanti ad un polo, percorre una traiettoria rettilinea che si differenzia dalle linee di campo. Considerazioni conclusive Possiamo concludere, come nell’esperimento n° 29, che lo spazio in presenza di un magnete acquista una nuova proprietà. Oggetti ferromagnetici (com’è la biglia d’acciaio) vengono attratti dal magnete e deviano dalla traiettoria rettilinea se sono in moto. Se sono fermi nello spazio di influenza del magnete si mettono in moto, perchè attratti dal magnete e partono nella direzione di un polo e percorrono traiettorie che non coincidono con le linee di campo.

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32. IL MAGNETE E LA RAPPRESENTAZIONE DEI SUOI EFFETTI Si confrontano per sovrapposizione i tre disegni ottenuti nelle tre schede precedenti Concetto Confronto del campo magnetico ottenuto nei vari modi Materiale necessario • I disegni realizzati precedentemente con la limatura di ferro, con la bussola e con la pallina d’acciaio (negli esperimenti n° 29, n° 30 e n° 31) Descrizione e fasi Sovrapporre i disegni per notarne le somiglianze. Osservazioni I disegni si assomigliano molto. Considerazioni conclusive Le linee di campo del magnete sono le stesse per tutti gli oggetti ferromagnetici e le calamite.

33. IL MOTO IN UN CAMPO MAGNETICO Si confrontano le traiettorie di una pallina d’acciaio in presenza ed in assenza di un campo magnetico Concetto Differenza tra linee di campo magnetico e traiettoria. Materiale necessario • 1 biglia di acciaio • 1 guida incurvata (scivolo) • 1 piano orizzontale • 1 sbarra di legno • Del nastro adesivo nero per segnare i diversi punti • 1 magnete a barra (grande) Descrizione e fasi Far scendere la biglia lungo la guida e segnare in che punto della sbarra di legno sbatte. Osservare la sua traiettoria. Sistemare il magnete con un polo in prossimità dello sbocco dello scivolo. La traiettoria della biglia verrà modificata? Lasciar scendere la pallina dallo scivolo ed osservarne la traiettoria. Osservazioni Se la biglia passa in prossimità del polo del magnete, la sua traiettoria viene deflessa. Considerazioni conclusive La traiettoria descritta dalla biglia provvista di velocità differisce completamente dalle linee del campo magnetico prodotto dal magnete e da quella in assenza di magnete. 51

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34. MAGNETIZZAZIONE TEMPORANEA Concetto Comportamento di un oggetto ferromagnetico a contatto con un magnete. Materiale necessario • 1 elemento di Geomag • 2 chiodi o 1 chiodo e 1 piccola rondella di acciaio Descrizione e fasi Avvicinare il chiodo all’altro chiodo e osservare che cosa accade. Avvicinare il magnete al chiodo. Si attacca. Avvicinare ora il chiodo, attaccato al magnete, all’oggetto ferromagnetico. Osservare cosa succede. Osservazioni Nel primo caso i due oggetti ferromagnetici non interagiscono fra di loro. Il chiodo riesce ad attrarre e a sollevare l’oggetto solo nel secondo caso, quando è attaccato al magnete. Considerazioni conclusive Gli oggetti di materiale ferromagnetico manifestano effetti magnetici solo in presenza di una calamita, ossia di un magnete permanente.

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35. IL CHIODO DIVENTA UNA CALAMITA Si impara come magnetizzare e smagnetizzare un chiodo Concetto Acquisizione di proprietà magnetiche da parte di un oggetto ferromagnetico. Materiale necessario • 1 chiodo con la punta sottile • 1 rondella • 1 elemento di Geomag • 1 accendino Descrizione e fasi Strofinare uno dei poli della calamita sulla punta del chiodo, sempre lo stesso e sempre nello stesso verso. Avvicinare la punta del chiodo alla rondella e guardare cosa succede. Lasciar cadere il chiodo a terra alcune volte e riavvicinarlo alla rondella. Ripetere la prima parte dell’esperimento. Scaldare la punta del chiodo con la fiamma di un accendino e riavvicinarlo alla rondella. Osservazioni Il chiodo strofinato sempre sullo stesso polo del magnete e sempre nello stesso verso diventa come una calamita, cioè attira e riesce a sollevare piccoli oggetti ferromagnetici. Dopo essere caduto o dopo essere stato scaldato, il chiodo non riesce più ad attirare e sollevare la rondella: perde le proprietà magnetiche. Considerazioni conclusive La struttura interna del chiodo è stata modificata: è stato magnetizzato ed è diventato un magnete permanente. Cadendo, o riscaldandosi, il chiodo riacquista le sue proprietà originarie: è stato smagnetizzato.

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SEZIONE “H”: LA COSTRUZIONE DI UN MAGNETE E L’ELETTROCALAMITA 36. APRIAMO UN GEOMAG Si vede che è composto da due magnetini e da un cilindro ferromagnetico al centro Concetto Scoprire com’è fatto un Geomag. Materiale necessario • 1 elemento di Geomag • 1 taglierino Descrizione e fasi Con l’aiuto del taglierino rompere la plastica del Geomag e aprirlo. Esaminare le parti da cui è composto e la loro funzione. Osservazioni Il Geomag è costituito da un cilindretto di metallo ferromagnetico a cui sono attaccate due piccole calamite con i poli opposti a fronte. Considerazioni conclusive È stato costruito in questo modo per sfruttare la proprietà del “magnete spezzato” e quella della “magnetizzazione temporanea” di un oggetto ferromagnetico attaccato ad un magnete. L’insieme si comporta esattamente come un’unica calamita.

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37. COSTRUIAMOCI UNA BUSSOLA Concetto Magnetizzare uno spillo per usarlo come l’aghetto di una bussola. Materiale necessario • 1 spillo • 1 elemento di Geomag • 1 vaschetta piena d’acqua • 1 sostegno di polistirolo Descrizione e fasi Strofinare uno dei poli della calamita sulla punta dello spillo, sempre lo stesso e sempre nello stesso verso. Posizionare lo spillo sul sostegno di polistirolo galleggiante ed appoggiarlo nella vaschetta piena d’acqua. Lasciarlo libero. Osservare come si sistema. Osservazioni Libero di ruotare, galleggiando sull’acqua, lo spillo si comporta come l’aghetto di una bussola. Considerazioni conclusive Come abbiamo visto nell’esperimento n° 35, un materiale ferromagnetico strofinato su di un magnete in un certo modo si magnetizza e si comporta come un magnete. Possiamo quindi utilizzarlo per sondare le proprietà magnetiche della terra.

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38. LA CORRENTE E LA BUSSOLA Si studia l’effetto magnetico della corrente con l’esperienza di Øersted Concetto Si studia l’interazione tra un magnete ed un filo percorso da corrente. Materiale necessario • 1 bussola • 1 piano di plastichetta o compensato • 1 filo elettrico rettilineo con attacco per pila • 1 pila da 9 V Descrizione e fasi Prima fase. Stendere un lungo filo elettrico in direzione orizzontale e orientarlo in direzione Nord-Sud con l’aiuto di una bussola. Far circolare corrente nel filo e notare che l’ago della bussola si dispone perpendicolarmente al filo.

Seconda fase. Muovere la bussola collocandola prima sopra e poi sotto al filo: il suo aghetto si orienta sempre in direzione perpendicolare al filo, ma in versi opposti. Terza fase. Disporre una bussola vicino ad un filo elettrico rettilineo messo verticalmente in cui circola corrente ed osservare l’orientazione dell’aghetto della bussola. Girare la bussola attorno al filo ed osservare. Osservazioni Quando nel filo circola corrente l'ago tende ad orientarsi sempre perpendicolarmente al filo; se si pone la bussola in un piano perpendicolare al filo, il suo ago si dispone in modo da disegnare un cerchio sul piano del tavolino. Considerazioni conclusive Una corrente elettrica produce effetti sulla bussola. L'effetto magnetico di una corrente si manifesta in direzione perpendicolare al filo stesso.

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39. UN AVVOLGIMENTO E LA CALAMITA Si esplora l’interazione tra un magnete ed un avvolgimento percorso da corrente Concetto Si studia l’interazione tra un magnete ed un avvolgimento di rame percorso da corrente. Materiale necessario • 1 avvolgimento di rame su cilindro di cartoncino • 1 supporto di plexiglass bucato • 1 elemento di Geomag • 1 cilindro di materiale ferromagnetico • 1 pila da 9 V • Cavetti di collegamento Descrizione e fasi Avvicinare una calamita all’avvolgimento dopo aver collegato i cavetti e quindi fatto circolare la corrente nell’avvolgimento ed osservare. Avvicinare la calamita all’avvolgimento ed osservare. Girare la calamita ed osservare. Invertire i cavetti di collegamento per invertire la corrente e riprovare ad avvicinare entrambi i poli della calamita. Inserire il cilindro di materiale ferromagnetico all’interno dell’avvolgimento e ripetere tutti i passaggi precedenti. Confrontare il comportamento dell’avvolgimento percorso da corrente con quello di un magnete. Osservazioni L’avvolgimento percorso da corrente può essere attratto o respinto dal polo di un magnete a seconda del verso della corrente. L’effetto risulta amplificato se all’interno dell’avvolgimento si inserisce un cilindro di materiale ferromagnetico. Considerazioni conclusive L’avvolgimento percorso da corrente si comporta come un magnete lineare.

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40. ELETTROCALAMITA Si riconosce l’uguaglianza degli effetti prodotti da un magnete e da un chiodo su cui è avvolto a spirale del filo elettrico percorso da corrente Concetto Elettromagnetismo. Materiale necessario • 2 chiodi di ferro • Cavetti elettrici con “coccodrilli” alle estremità • Alcune rondelle di ferro • 1 pila da 4,5 V Descrizione e fasi Avvolgere un filo elettrico su di un chiodo e provare ad avvicinarlo alle rondelle. Cosa succede? Far poi attraversare il filo elettrico dalla corrente e avvicinare il chiodo alle rondelle. Cosa succede? Quante ne riesce ad alzare? Avvolgere poi al chiodo un altro filo lungo poco più del precedente, sopra ad esso e ripetere i passaggi precedenti. Osservazioni Il chiodo, quando passa la corrente nel filo su di lui avvolto diventa un’elettrocalamita e attira le rondelle. Raddoppiando gli avvolgimenti il chiodo attira il doppio delle rondelle. Considerazioni conclusive Il chiodo avvolto da un filo elettrico attraversato da corrente si comporta come una calamita, quando si interrompe il passaggio di corrente, cessa l’effetto magnetico. Se si raddoppia il numero di spire per unità di lunghezza, si ottiene un’elettrocalamita che esercita azioni di intensità doppia.

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41. CONFRONTO TRA CAMPO ELETTRICO E CAMPO MAGNETICO Si confronta il fenomeno magnetico della calamita avvicinata ad un piccolo oggetto ferromagnetico, con il fenomeno elettrostatico della penna di plastica strofinata con un panno di lana avvicinata a dei piccoli pezzetti di carta Concetto Confronto tra il campo elettrico generato da una penna strofinata ed il campo magnetico generato da una calamita. Materiale necessario • 1 penna con astuccio in plastica • Alcuni piccoli pezzettini di carta • 1 panno di lana • 1 magnete • 1 piccolo oggetto ferromagnetico (rondella) Descrizione e fasi Strofinare la penna sul panno di lana ed avvicinarla ai pezzettini di carta. Avvicinare poi la penna all’oggettino ferromagnetico. Avvicinare la calamita ai pezzettini di carta e poi all’oggetto ferromagnetico. Osservazioni La penna strofinata attira e solleva i pezzettini di carta ma non l’oggetto ferromagnetico. Il magnete attira e solleva l’oggetto ferromagnetico ma non i pezzettini di carta. Considerazioni conclusive Sono due fenomeni completamente diversi, e da differenziare, anche se presentano caratteristiche simili. Nel primo caso si tratta di un fenomeno elettrostatico. Nel secondo di un fenomeno magnetico.

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esplorare per interpretare nella scuola primaria

FENOMENI MAGNETICI ED ELETTROMAGNETICI schede per studenti

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SCHEDA NUMERO 1

AVVICINARE UN MAGNETE AD OGGETTI DI VARI MATERIALI Si esplora l’interazione tra un magnete ed oggetti di vari materiali Avviciniamo una calamita a ciascuno dei seguenti oggetti, quali saranno attratti?

Cerchia con un colore verde quelli che prevedi siano attirati e scrivi “SI” accanto al loro nome nella colonna “Previsione” della tabellina qua dietro. Scrivi “NO” accanto a quelli che secondo te non saranno attratti. Proviamo ad avvicinare la calamita ad ogni oggetto con entrambe le estremità (prima una e poi l’altra). Nella colonna “Prova” scrivi “NO” vicino agli oggetti che non sono attirati dalla calamita e “SI” vicino a quelli che sono attirati.

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Attrazione

Attrazione

Previsione Prova

Previsione Prova

1 Chiodo di metallo grigio 2 Temperino 3 Fermaglio per carte 4 Forbici 5 Moneta da 100 Lire 6 Moneta da 1 cent. di Euro 7 Moneta da 10 cent. di Euro 8 Moneta da 20 cent. di Euro 9 Moneta da 1 Euro 10 Moneta da 2 Euro 11 Cubetto di acciaio 12 Cubetto di metallo grigio 13 Cubetto di legno 14 Cubetto di pongo 15 Cubetto di polistirolo 16 Cubetto di cera 17 Sferetta di metallo grigio

SI SI SI LAMA SI SI SI LAMA SI SI SI SI SI NO SI NO SI DENTRO SI DENTRO SI SI SI NO NO NO NO NO NO NO NO NO SI SI

18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Biglia di vetro Sferetta di legno Sferetta di pongo Sferetta di polistirolo Sferetta di cera Pallina da ping-pong Pezzetto di legno Pezzetto di ottone Pezzetto di rame Pezzetto di pongo Pezzetto di polistirolo Pezzetto di plastica Pezzetto di plastica a punta Pezzetto di plastica rosa Pezzetto di alluminio Barretta di Geomag

NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO SI NO SI 1POLO

Le prove che hai fatto confermano la tua previsione? Spiega.

Si per gli oggetti non di metallo, che non sono attratti. No per gli oggetti di metallo, perchè alcuni non sono attratti. Il Geomag ha un comportamento anomalo: una delle sue estremità viene respinta da una delle estremità dal magnete.

Vediamo insieme quali conclusioni possiamo trarre dalle prove effettuate.

La calamita non attira nessun oggetto di legno, cera, polistirolo, vetro, pongo e altri materiali. La calamita attira solo oggetti di metallo ma non di tutti i metalli.

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SCHEDA NUMERO 2

LA CALAMITA (1) ED I SASSOLINI DI METALLI FERROMAGNETICI Si riconoscono i metalli ferromagnetici Prevedi quali dei seguenti sassolini fatti di metalli diversi sono attratti dalla calamita. Se pensi che saranno attirati scrivi “SI” accanto al loro nome nella colonna “Previsione” della tabellina qua sotto. Scrivi “NO” accanto a quelli che secondo te non saranno attratti.

Attrazione

Attrazione

Previsione Prova

Previsione Prova

Un sassolino di… • titanio • acciaio • stagno • ottone • alluminio

NO SI NO NO SI

NO SI NO NO NO

Un sassolino di… • ferro • rame • acciaio inox • bronzo • ghisa

SI NO SI NO NO

SI NO NO NO SI

Ora avviciniamo entrambe le estremità della calamita ad ogni sassolino. Nella colonna “Prova” scrivi “NO” vicino agli oggetti che non sono attirati dalla calamita e “SI” vicino a quelli che sono attirati

Sono attratti da una calamita solo i sassolini fatti di… acciaio ghisa

ferro

Concludiamo insieme. La calamita attira solo quei metalli che contengono ferro (leghe). Questi particolari metalli sono chiamati ... metalli ferromagnetici. (1)

I termini calamita e magnete vengono usati in tutte le schede come sinonimi.

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SCHEDA NUMERO 3

AVVICINIAMO I SASSOLINI FERROMAGNETICI Si esplora l’interazione tra due oggetti ferromagnetici Prevedi cosa succede se avviciniamo fra loro due oggetti ferromagnetici. Non succede niente. Facciamolo. Si attirano? No.

Cosa puoi concludere? Che è la calamita a far nascere il fenomeno dell’attrazione con i materiali ferromagnetici.

Concludiamo insieme. Due oggetti fatti di metalli ferromagnetici non si attraggono.

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SCHEDA NUMERO 4

LE INTERAZIONI SONO RECIPROCHE Si riconosce la reciprocità nell’interazione tra un oggetto ferromagnetico ed una calamita Questa canna da pesca ha una calamita all’estremità del filo, la rana ha in bocca un pezzettino ferromagnetico. Se avviciniamo la canna da pesca alla rana appoggiata sul banco, cosa pensi che succeda? La canna da pesca attira e attacca a sé la rana.

Facciamolo. Chi si è spostato? La rana.

Ora prendiamo in mano la rana ed avviciniamola alla canna da pesca appoggiata sul banco. Cosa pensi che succeda? Si attirano.

Facciamolo. Chi si è spostato? La canna da pesca

Cosa puoi concludere? Si attirano a vicenda

Quando avvicino una calamita ad un oggetto e vedo che c’è attrazione mi chiedo chi è che la produce. Secondo te è la calamita che attira l’oggetto o l’oggetto che attira la calamita? La calamita attira l’oggetto e l’oggetto attira la calamita. Purché uno dei due sia una calamita, l’attrazione è reciproca.

Concludiamo insieme. La calamita e l’oggetto ferromagnetico interagiscono a vicenda attirandosi.

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SCHEDA NUMERO 5

I POLI DEI MAGNETI Si esplora l’interazione tra due magneti tenuti in mano Se avvicini due Geomag tenendoli stretti con le dita, come pensi che si comportino? Si attraggono. Oppure… si respingono. Fallo. Che cosa è successo? Si sono attratti. / Si sono respinti. Se ora giri uno dei due Geomag e riprovi, come cambia il loro comportamento? Si respingono. Oppure… si attraggono. Fallo. Che cosa succede? Si sono respinti. / Si sono attratti. Se giri l’altro Geomag e riprovi, cambia di nuovo il loro comportamento? Come? Si attraggono. / Si respingono. Fallo. La tua previsione è stata confermata? ❑ SI ❑ NO Spiega. Ogni Geomag ha ai propri estremi una proprietà: quella di attrarre uno solo degli estremi di un altro Geomag e di respingere l’altro. Il Geomag è una calamita. Le due estremità di una calamita si chiamano poli! Sono uguali tra di loro? ❑ SI ❑ NO Spiega. Ciascuno dei due poli ne attira uno e respinge l’altro. Cosa puoi concludere? Le calamite hanno due poli opposti. Nella prima domanda, in cui non si precisava quali poli dei due Geomag si avvicinavano, si poteva prevedere un’unica situazione? ❑ SI ❑ NO Spiega. NO! Si attraggono o si respingono. Concludiamo insieme: Le calamite hanno due poli diversi. Quando avvicino stretti nelle mani due Geomag con poli diversi si attirano, si respingono quando i poli di quei due Geomag sono uguali. 67

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SCHEDA NUMERO 6

AFFACCIARE POLI DIVERSI AD UN MAGNETE SUL TAVOLO Si esplora l’interazione tra un magnete tenuto in mano ed uno appoggiato sul tavolo Ogni Geomag ha uno stesso polo colorato di rosso. Un Geomag è appoggiato sul tavolo. Avvicino ad uno dei suoi poli il polo opposto di un altro Geomag che tengo stretto tra le dita. (Avvicino poli segnati con colore diverso) Cosa prevedi che succeda? Si attirano. Quando mi sono avvicinato abbastanza, il Geomag sul tavolo si muove e si avvicina a quello che ho in mano. Facciamolo. Che cosa succede? Si attirano. Avvicino ora allo stesso Geomag che sta sul tavolo quello che ho in mano, affacciando i poli uguali. (Avvicino poli segnati con lo stesso colore) Cosa prevedi che succeda? Si respingono. Facciamolo. Che cosa succede? La calamita appoggiata sul tavolo prima si allontana, poi ruota su se stessa per affacciare il polo opposto e si muove verso quella che ho in mano quando mi sono avvicinato abbastanza. Cosa puoi concludere? Che se i poli sono diversi si attraggono e a piccola distanza il magnete sul tavolo si muove verso quello tenuto in mano; se sono uguali si allontana un po’, poi si gira e si attraggono. Concludiamo insieme. Se uno dei due magneti è libero non vediamo che si respingono ma, avvicinando due poli uguali, il magnete libero ruota poi si avvicina fino a toccare il magnete tenuto in mano.

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SCHEDA NUMERO 7

UN MAGNETE NE DISTURBA UN ALTRO APPESO Si esplora l’interazione tra due magneti, uno in mano ed uno appeso Appendo un Geomag ad un filo in modo che stia orizzontale come stava quando era appoggiato sul tavolo. Avvicino ad uno dei suoi poli il polo opposto di un altro Geomag che tengo stretto tra le dita. (Avvicino poli segnati con colore diverso) Cosa prevedi che succeda? Il magnete appeso dirige il polo opposto verso quello da noi avvicinato e poi cerca di spostarsi verso di lui. Facciamolo. Che cosa succede? Il magnete appeso ruota e si orienta verso quello avvicinato con il polo opposto e gli si avvicina. Avvicino ora allo stesso Geomag appeso quello che ho in mano, affacciando i poli uguali. (Avvicino poli segnati con lo stesso colore) Cosa prevedi che succeda? Il Geomag appeso ruota in modo da affacciare al polo da me avvicinato il polo opposto. Facciamolo. Che cosa succede? Il Geomag appeso ha ruotato in modo da affacciare al polo da me avvicinato il polo opposto. Cosa puoi concludere? Il magnete appeso ruota sempre in modo da affacciare il polo opposto a quello del magnete che avvicino, polo da cui è attratto. Concludiamo assieme. Un magnete appeso è ancora più libero di ruotare di uno appoggiato sul tavolo. Quindi avvicinando ad un suo polo un altro magnete col polo opposto, velocemente si gira e gli si avvicina perchè attratto. Come fanno i magneti a sapere come comportarsi quando li avvicino? Spiega come pensi che succeda, con un disegno e a parole. (Si raccolgono le interpretazioni spontanee dei ragazzi)

Un magnete è in grado di far sentire il suo influsso nello spazio intorno, anche a distanza (l’allontanamento). È come se la sua presenza introducesse una proprietà nello spazio intorno. 69

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SCHEDA NUMERO 8

LA CALAMITA DISTURBA LA BUSSOLA Si esamina il comportamento di una bussola quando le si avvicina un magnete Appoggiamo la bussola sul tavolo ed avviciniamole la calamita. Come pensi che si comporterà il suo aghetto? Scrivilo ed incolla l’aghetto sul disegno nella posizione in cui credi che si metta. Ruota e si ferma con la punta verso la calamita. Facciamolo. Come si è comportato? L’aghetto ruota e poi si ferma. La parte grigia dell’aghetto punta verso la calamita Se giriamo attorno alla bussola affacciandole lo stesso polo della calamita, come si comporterà l’aghetto? Una delle punte dell’aghetto si orienta e punta verso il polo della calamita e poi la stessa punta segue la calamita, ruotando. Come si è comportato? Come previsto. Se affacciamo alla bussola il polo opposto della calamita, cosa succederà all’aghetto? Scrivilo ed incolla l’aghetto sul disegno nella posizione in cui credi che si metta. La punta rossa dell’aghetto si orienta e punta verso la calamita. Come si è comportato? L’estremo rosso dell’aghetto si è messo verso il polo della calamita, in modo che ago e calamita siano lungo la stessa direzione. Cosa puoi concludere? La bussola si comporta come il magnete appeso: ruota per affacciare una parte del suo aghetto in relazione al polo della calamita affacciato. Concludiamo insieme. La parte rossa dell’aghetto della bussola viene attirata dal polo blu della calamita e viceversa. La bussola si comporta come una calamita e ruota a seconda del polo che l’attira.

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SCHEDA NUMERO 9

IL MAGNETE COMANDA L’AGO DELLA BUSSOLA Si studia il comportamento della bussola quando interagisce con un magnete Nel disegno qui accanto abbiamo messo la bussola nelle due posizioni indicate agli estremi del magnete. Quale prevedi sia la direzione dell’aghetto della bussola nelle due diverse posizioni? Disegnalo.

Spiegalo a parole. La parte rossa dell’aghetto punta verso la parte blu del Geomag, la parte grigia dell’aghetto punta verso la parte rossa del Geomag.

Facciamolo. Con una matita di diverso colore controlla e correggi il disegno che hai fatto. Illustra a parole le differenze che hai notato. Ho sbagliato. Andava viceversa!

Facciamo un’altra prova. Tieni ferma la bussola e con la calamita girale intorno prima con una estremità e poi con l’altra.

Disegna, nelle varie posizioni, la parte dell’aghetto della bussola più vicina alla calamita, con il suo colore. Come si orienta ciascuna parte dell’aghetto della bussola rispetto ai poli del magnete? 71

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La parte rossa della bussola è attratta dal… (Segna con una crocetta la risposta esatta)

❑ polo con la fascetta rossa ❑ polo senza fascetta rossa ❑ altro: _______________

La parte grigia della bussola è attratta dal… (Segna con una crocetta la risposta esatta)

❑ polo con la fascetta rossa ❑ polo senza fascetta rossa ❑ altro: _______________

Riconosci una regola generale? La parte rossa dell’aghetto punta verso la parte blu del Geomag, la parte grigia dell’aghetto punta verso la parte rossa del Geomag.

Si può concludere che l’aghetto della bussola è un magnete? ❑ SI ❑ NO Spiega. L’aghetto della bussola è un magnete perchè si comporta come tale; ha due poli, che interagiscono con quelli di un magnete (come fa un altro magnete). Concludiamo assieme. L’aghetto della bussola è un piccolo magnete. Si orienta a nord. Si attrae con oggetti ferromagnetici. Avvicinato ad un magnete, poli uguali si respingono e poli diversi si attraggono.

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SCHEDA NUMERO 10

LA DIREZIONE DELL’AGO DI UNA BUSSOLA Si studia l’orientamento dell’ago della bussola in diversi punti del banco Posizioniamo i 3 foglietti trasparenti in punti diversi in modo che i loro lati restino paralleli. Mettiamoci su un piano che sia lontano da calamite e da oggetti ferromagnetici. Appoggiamo la bussola sopra ciascun foglio. Come ti aspetti che si orienti il suo aghetto? Sempre nello stesso modo. Verso nord. Ora appoggiamo la bussola sopra ad ogni foglietto, ponendo il centro della bussola sopra il puntino centrale. Individua la direzione dell’ago disegnando un puntino in corrispondenza dei due estremi dell’aghetto della bussola. Collegando i due puntini otterrai la retta che ci indica la direzione dell’aghetto.

Sovrapponiamo tutti e tre i disegni. Guarda le lineette, cosa noti? L’aghetto si è posizionato sempre nella stessa direzione. Cosa puoi concludere? In ogni luogo, lontano da oggetti ferromagnetici e calamite, l’ago di una bussola si dispone lungo la stessa direzione. Concludiamo. L’aghetto della bussola, in diverse posizioni, si orienta nella stessa direzione.

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SCHEDA NUMERO 11

LIBERI DI ORIENTARSI Si confronta il comportamento di un magnete appeso con quello di una bussola Se lasciamo ferma la bussola, su un tavolo di legno lontano dagli altri oggetti ferromagnetici, come si disporrà il suo aghetto? Indica la direzione dell’aghetto nella bussola in varie posizioni attorno al banco, usando il disegno qui accanto che ritrae parte della tua classe (vista dall’alto). Facciamolo. Si è messo come avevi previsto tu? ❑ SI ❑ NO Se no, correggi il disegno con una penna rossa. Consideriamo un’altra situazione: Esaminiamo il magnete appeso: lontano da altri oggetti ferromagnetici, come si orienterà? Si orienta sempre nella stessa direzione come la bussola o si orienta in direzioni diverse? Spiega e illustra nel disegno qui accanto come si sistemerà nelle stesse posizioni esplorate con la bussola. Si orienta sempre nella stessa direzione. Tutte le bussole hanno gli aghi paralleli. Facciamolo. Si è messo come avevi previsto tu? ❑ SI ❑ NO Se no, correggi il disegno con una penna rossa. Guarda i due disegni ottenuti riportando le direzioni in cui si pongono l’ago della bussola ed il magnete appeso. Che cosa noti? Il magnete appeso e l’ago della bussola si orientano nella stessa direzione in ogni posizione Cosa puoi concludere? Il magnete e la bussola indicano una direzione privilegiata. Poiché sappiamo che la bussola viene usata per indicare il polo nord, chiamiamo questa direzione nord-sud. Concludiamo assieme: L’ago della bussola ed il magnete appeso si orientano nello stesso modo se liberi di ruotare e lontani da altri oggetti magnetici o ferromagnetici. 74

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SCHEDA NUMERO 12

LA BUSSOLA NELLA STANZA Si esplora la nostra classe con la bussola Se ora appoggiamo la bussola in diversi punti della tua classe, cosa farà il suo aghetto? Si disporrà sempre lungo la stessa direzione.

Portiamo la bussola nei diversi punti della classe in cui la vedi disegnata nella cartina qua sopra. Disegna, in ciascuna bussola presente nella cartina, la direzione dell’aghetto in quella posizione. Guarda i diversi disegni. Che cosa concludi? Gli aghetti sono paralleli. L’ago della bussola di dispone sempre lungo la stessa direzione. Proviamo a mettere la bussola vicino ad un oggetto ferromagnetico. Si orienta ancora come in tutte le altre posizioni? ❑ SI ❑ NO Spiega. La direzione dell’aghetto viene modificata dalla vicinanza di oggetti ferromagnetici. Concludiamo insieme: Lontano da oggetti ferromagnetici la bussola si orienta sempre in direzione nord-sud. Oggetti ferromagnetici influenzano la bussola, che quindi cambia la direzione in cui si orienta. Poiché solo una calamita interagisce con un oggetto ferromagnetico posso dire che l’aghetto della bussola sia o si comporti come una calamita.

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SCHEDA NUMERO 13

ESPLORAZIONE DELLA NOSTRA CASA CON LA BUSSOLA Com’è orientato il tuo letto rispetto ai punti cardinali? Disegnalo. (Disegna il letto sul foglio e poi giralo fino a quando la bussola posta sopra segna il nord come questa accanto)

Fai la stessa cosa con il tavolo della cucina. (Disegna il tavolo sul foglio e poi giralo fino a quando la bussola posta sopra segna il nord come questa accanto)

Fai la stessa cosa con la vasca da bagno. (Disegna la vasca sul foglio e poi giralo fino a quando la bussola posta sopra segna il nord come questa accanto)

Fai la stessa cosa con il marciapiede fuori casa tua. (Disegna il marciapiede sul foglio e poi giralo fino a quando la bussola posta sopra segna il nord come questa accanto)

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SCHEDA NUMERO 13 bis

COSA FA RUOTARE I CORPI Si riconoscono la condizione di rotazione dei corpi ed il perchè i magneti ruotino per attaccarsi Consideriamo queste tre situazioni in cui si riesce a far ruotare un corpo. 1. Un cavatappi a vite. Cosa fai per conficcarlo nel tappo? Spingo con due dita agli estremi della barra con forze parallele ed in verso opposto. 2. La porta. Cosa si fa per aprirla? Si tira con la maniglia, che si trova all’estremo opposto del cardine della porta. 3. Un’asta girevole. Se metto un peso ad un estremo dell’asta, come la riporto in equilibrio? Con un peso uguale posto alla stessa distanza dal perno sul braccio opposto. Indica uguaglianze e differenze nei casi considerati. Uguaglianze _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________

Differenze _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________

Voglio far ruotare su se stesso un compagno (appoggia le tue mani sulle sue spalle), come devo fare? Devo tirare con una mano e spingere con l’altra. Voglio far ruotare un magnete posto sul tavolo, come devo fare? Devo avvicinargli un altro magnete affacciando poli uguali. Come puoi spiegare la rotazione del magnete libero affacciato al polo dello stesso tipo di un altro magnete? (Spiega a parole e con un disegno) Quando avvicino un magnete in mano ad uno appeso, affacciando poli uguali, il polo di fronte spinge, l’altro tira e il magnete appeso si gira. Concludiamo assieme. Per far ruotare qualunque corpo serve una coppia di forze (una tira e l’altra spinge)

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DOMANDE PER CASA

Ripensa agli esperimenti eseguiti in classe e rifletti sulle seguenti situazioni. Quando avvicino un magnete ad un altro sul tavolo affacciando poli opposti riscontro attrazione tra i magneti. Cambierebbe qualcosa se non ci fosse l’aria? Spiega. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Quando affaccio poli uguali riscontro che i magneti si respingono. Cambierebbe qualcosa se non ci fosse l’aria? Spiega. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------La bussola si orienta sempre in modo da baciare il magnete con il suo polo opposto: si comporta come un magnete.Togliendo l’aria la bussola cambia comportamento rispetto a quanto osservato? Spiega. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Senza oggetti vicini la bussola si orienta sempre nello stesso modo? Spiega. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sai dire perché si usa la bussola per orientarsi? ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Se portiamo la bussola su un altro pianeta essa cambierà il suo comportamento? Spiega. -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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SCHEDA NUMERO 14

MAGNETI APPESI Si esplora l’interazione fra magneti sospesi liberi di ruotare Avvicinate tra loro due magneti appesi, cosa pensate che succeda? Ruotano per affacciare poli opposti e poi tendono ad avvicinarsi perchè si attirano. Fatelo. Come si sono comportati? Hanno ruotato per affacciare poli opposti e poi si sono avvicinati perchè essi si attirano.

Cosa potete concludere? I Geomag liberi di ruotare si comportano nello stesso modo sia in aria che sul tavolo. Se sono appesi non possono spostarsi molto quindi prevalentemente ruotano.

PER GLI STUDENTI DI UN GRUPPO CHE HA FATTO ALTRI ESPERIMENTI I tuoi compagni hanno analizzato come si comportano due magneti sospesi. Hanno detto che se si avvicinano tra loro due magneti appesi… • con i poli opposti affacciati, essi si attirano; • con i poli uguali affacciati, essi ruotano, si avvicinano e si attaccano.

Confrontiamo i due esperimenti. Cosa hanno in comune? In tutti e due i casi i magneti sono liberi di ruotare.

Concludiamo assieme. I due esperimenti mostrano che due magneti interagiscono sempre allo stesso modo ed i diversi comportamenti dipendono solo da come sono vincolati.

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SCHEDA NUMERO 15

ZATTERINE MAGNETICHE Si esplora l’interazione fra magneti galleggianti liberi di ruotare Appoggiate nella vaschetta d’acqua i due Geomag fissati sulle barchette di polistirolo ed avvicinate leggermente uno all’altro: cosa pensate che succeda? Si attraggono i poli opposti dei magneti e perciò ruotano per affacciarli. Fatelo. Come si sono comportati? Mentre le due barchette si avvicinano sempre più, si vede che ruotano e affacciano i poli opposti, poi si avvicinano e si attaccano. Cosa potete concludere? I magneti liberi interagiscono producendo rotazione e attrazione l’uno all’altro. Il comportamento è completamente simmetrico: è indifferente avvicinare l’uno all’altro.

PER GLI STUDENTI DI UN GRUPPO CHE HA FATTO ALTRI ESPERIMENTI I tuoi compagni hanno analizzato come si comportano due Geomag fissati su due zatterine di polistirolo ed appoggiati nell’acqua di una vaschetta. Hanno detto che se si avvicinano tra loro due zatterine con i Geomag fissati… • con i poli opposti affacciati, esse si attirano; • con i poli uguali affacciati, esse ruotano, si avvicinano e si attaccano. Confrontiamo i due esperimenti. Cosa puoi concludere? In tutti e due i casi i magneti sono liberi di ruotare e ruotano per allinearsi con poli opposti affacciati. Concludiamo assieme. I due esperimenti mostrano che due magneti interagiscono allo stesso modo ed i diversi comportamenti dipendono solo da come sono vincolati. 81

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SCHEDA NUMERO 16

ZATTERINE MAGNETICHE INCANALATE Si studia l’interazione fra magneti galleggianti vincolati da binari a fili che costituiscono dei binari 1. Inserisci i due magneti galleggianti (le zatterine) in una guida di spago, con i poli opposti affacciati. Illustra con un disegno e spiega come pensi che si comportino le zatterine. Si avvicinano perché i poli sono diversi e si attraggono.

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. Se i magneti sono vincolati a muoversi in una direzione e sono disposti con poli opposti affacciati, si avvicinano e poi si attaccano.

2. Ora ruota uno dei due Geomag e ripeti l’esperimento. Illustra con un disegno e spiega come pensi che si comportino le zatterine. Si respingono e si allontanano.

N

N

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. Se i magneti sono vincolati a muoversi in una direzione e sono disposti con poli uguali affacciati non riescono a ruotare e si allontanano, perchè si respingono. 82

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3. Ora ruota anche l’altro Geomag e ripeti l’esperimento. Illustra e spiega come pensi che si comportino le zatterine incanalate con i fili. Si avvicinano perché i poli sono diversi e si attraggono.

N

S

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. Se i magneti sono vincolati a muoversi in una direzione e sono disposti con poli opposti affacciati, si avvicinano e poi si attaccano.

Ora stacca lo spago e legalo in modo da individuare un’altra direzione per le zatterine. Illustra e spiega come pensi che si comporteranno le zatterine se ripetiamo tutti e tre i passaggi precedenti. 1 (Poli opposti): si attraggono e si avvicinano 2 (Ne ruoto una): si respingono e si allontanano 3 (Ruoto l’altra): si attraggono e si avvicinano Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. I due poli se sono opposti si attraggono, se sono uguali si respingono

Cambia il comportamento dei magneti al cambiare della direzione di interazione?

❑ SI

❑ NO

Concludiamo. Non c’entra la direzione ma soltanto come sono reciprocamente disposti i due poli dei magneti. 83

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SCHEDA NUMERO 17

MAGNETI IN TRENO Si studia l’interazione fra magneti vincolati su trenini posti su di un binario 1. Inserisci nella rotaia i trenini con i Geomag con i poli opposti a fronte. Illustra con un disegno e spiega come pensi che si comportino i trenini. Si avvicinano perché i poli sono diversi e si attraggono.

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. Se i magneti sono vincolati a muoversi in una direzione e sono disposti con poli opposti affacciati, si avvicinano e poi si attaccano

2. Ora ruota uno dei due Geomag e ripeti l’esperimento. Illustra con un disegno e spiega come pensi che si comportino i trenini. Si respingono e si allontanano.

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. Se i magneti sono vincolati a muoversi in una direzione e sono disposti con poli uguali affacciati, non riescono a ruotare e si allontanano, perchè si respingono.

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3. Ora ruota anche l’altro Geomag e ripeti l’esperimento. Illustra e spiega come pensi che si comportino i trenini vincolati sulla rotaia. Si avvicinano perché i poli sono diversi e si attraggono.

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. Se i magneti sono vincolati a muoversi in una direzione e sono disposti con poli opposti affacciati, si avvicinano e poi si attaccano.

Ora girate la rotaia in modo da individuare un’altra direzione per i trenini. Illustra e spiega come pensi che si comporteranno i trenini se ripetiamo tutti e tre i passaggi precedenti. 1 (Poli opposti): si attraggono e si avvicinano 2 (Ne ruoto uno): si respingono e si allontanano 3 (Ruoto l’altro): si attraggono e si avvicinano

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. I due poli se sono opposti si attraggono, se sono uguali si respingono.

Cambia il comportamento dei magneti al cambiare della direzione di interazione?

❑ SI

❑ NO

Concludiamo. Non c’entra la direzione ma soltanto come sono reciprocamente disposti i poli dei magneti.

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SCHEDA NUMERO 18

MAGNETI IN UN TUBICINO Si studia l’interazione fra magneti vincolati in un tubicino 1. Inserisci nel tubo verticale i due Geomag con i poli opposti affacciati. Illustra con un disegno e spiega come pensi che si comportino i magneti. Si avvicinano perché i poli sono diversi e si attraggono.

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. Se i magneti sono vincolati a muoversi in una direzione e sono disposti con poli opposti affacciati, si avvicinano e poi si attaccano.

2. Ora ruota uno dei due magneti e ripeti l’esperimento. Illustra con un disegno e spiega come pensi che si comportino i magneti. Si respingono e si allontanano.

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. Se i magneti sono vincolati a muoversi in una direzione e sono disposti con poli uguali affacciati, non riescono a ruotare e si allontanano, perchè si respingono.

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3. Ora ruota anche l’altro magnete e ripeti l’esperimento. Illustra con un disegno e spiega come pensi che si comportino i magneti vincolati in tubicino. Si avvicinano perché i poli sono diversi e si attraggono.

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. Se i magneti sono vincolati a muoversi in una direzione e sono disposti con poli opposti affacciati, si avvicinano e poi si attaccano.

Ora ruota il tubicino in modo da individuare un’altra direzione per i Geomag. Illustra e spiega come pensi che si comporteranno i Geomag se ripetiamo tutti e tre i passaggi precedenti. 1 (Poli opposti): si attraggono e si avvicinano 2 (Ne ruoto uno): si respingono e si allontanano 3 (Ruoto l’altro): si attraggono e si avvicinano

Fallo. È successo quello che hai previsto? ❑ SI ❑ NO Spiega. I due poli se sono opposti si attraggono, se sono uguali si respingono.

Cambia il comportamento dei magneti al cambiare della direzione di interazione?

❑ SI

❑ NO

Concludiamo. Non c’entra la direzione ma soltanto come sono reciprocamente disposti i poli dei magneti.

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SCHEDA DI SINTESI DEGLI ESPERIMENTI 16, 17 E 18

MAGNETI VINCOLATI SU ZATTERINE, TRENINI O TUBICINO Come si comportano le zatterine magnetiche incanalate? Con i Geomag con i poli opposti affacciati… si attirano, si avvicinano e si attaccano. E con i poli uguali affacciati… si respingono e si allontanano o restano lontane. Ciò accade in ogni direzione. Possiamo concludere che… il comportamento dei magneti non è condizionato dallla direzione di interazione ma solo dall’orientazione dei poli. Come si comportano i trenini vincolati nella rotaia? Con i Geomag con i poli opposti affacciati… si attirano, si avvicinano e si attaccano. E con i poli uguali affacciati… si respingono e si allontanano o restano lontane. Ciò accade in ogni direzione. Possiamo concludere che… poli diversi si attirano indipendentemente da quale dei due sia il polo nord. Anche la repulsione tra i poli uguali (nord-nord, sud-sud) non dipende dal tipo di polo. Come si comportano i Geomag vincolati in un tubicino? Con i Geomag con i poli opposti affacciati… si attirano, si avvicinano e si attaccano. E con i poli uguali affacciati… si respingono e si allontanano o restano lontani. Ciò accade in ogni direzione. Possiamo concludere che… due poli uguali in un tubetto non sono liberi di ruotare e quindi non ruotano e restano a distanza. Confrontiamo i tre esperimenti. Cosa puoi concludere? I tre esperimenti sono equivalenti; per tutti e tre possiamo concludere l’insieme delle tre conclusioni parziali. Concludiamo assieme. I tre esperimenti sono equivalenti e mostrano che, se si impedisce la rotazione, si manifestano attrazione e repulsione rispettivamente tra poli opposti e omologhi. 88

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SCHEDA NUMERO 19

LA DISTANZA NELLE INTERAZIONI MAGNETICHE: I MAGNETI GALLEGGIANTI Si studia come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza Appoggiamo in diversi punti di una vaschetta d’acqua i due PICCOLI MAGNETI fissati sulle zatterine di polistirolo, cosa pensi che succeda? Considera una situazione iniziale a tua scelta. Nei cinque riquadri sottostanti (che rappresentano la vaschetta), incolla le figurine delle zatterine magnetiche in modo da ricostruire una specie di fumetto di quello che pensi sia il loro comportamento. Poi spiegalo con parole tue.

Situazione iniziale

Situazione finale

Le due zatterine partono con i poli uguali affacciati, poi si girano entrambe per affacciare poli diversi e si vanno incontro per trovarsi nel mezzo ed attaccarsi.

Facciamolo. Come si sono comportate? Come avevo scritto. Correggi in rosso le eventuali differenze tra quello che hai osservato e quello che hai messo nei disegni soprastanti. Le zatterine si sono avvicinate sempre con la stessa velocità? Spiega. No, perché più vicine sono maggiore è la forza magnetica.

Concludiamo. Le zatterine lontane si cercano e poi si avvicinano per attaccarsi. Man mano che si avvicinano la loro velocità aumenta.

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SCHEDA NUMERO 20

ATTRAZIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA Si studia con una molla come l’attrazione magnetica dipenda dalla distanza tra i trenini posti su di un binario Due trenini trasportano due calamite uguali. Fissiamo uno dei trenini ad una delle estremità della rotaia. Sistemiamo i 6 mattoncini dalla parte opposta dello stesso trenino. Appoggiamo l’altro trenino dall’altra parte dei mattoncini con la calamita montata col polo opposto a fronte, in modo che l’attrazione lo tenga fermo in quella posizione. Tiriamo la molla delicatamente e leggiamo sul tubicino del dinamometro la lunghezza della molla che corrisponde alla forza necessaria per tenere appena appena distaccati da quella posizione i due trenini: la molla deve tenerlo alla stessa distanza a cui era tenuto dai mattoncini. Prendiamo di nuovo le misure togliendo un mattoncino alla volta. Riportiamo nella tabella sottostante i risultati e rappresentiamoli assieme nel grafico. N° di mattoncini F (N) 6

0,1

5

0,14

4

0,27

3

0,43

(N)

Quando diminuisce la distanza tra i trenini, la forza di attrazione cresce o cala? Cresce. Cosa puoi concludere? Meno mattoncini ci sono più grande è la forza. Concludiamo. Più vicini sono i magneti maggiore è la forza di attrazione. La forza di attrazione cresce più intensamente del calare della distanza. 90

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SCHEDA NUMERO 21

REPULSIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA Si misura come la repulsione magnetica dipenda dalla distanza tra i poli di magneti posti in un tubicino Mettiamo due calamite dentro ad un tubicino, con i poli uguali affacciati e posizioniamo il tubicino in verticale. Osserva: restano ad una certa distanza. Perché secondo te? Perché si respingono. / Perché non possono girarsi. Come potrei portarli ad una distanza minore? Aumentando il peso sopra al Geomag sovrastante Proviamo a mettere un peso doppio aggiungendo un pesetto sul magnete che sta sopra. Come cambia la distanza tra i magneti posti in verticale? Diminuisce. Spiega perché. Perché aumenta la forza di gravità e cioè la forza con cui il magnete superiore spinge per avvicinarsi. La distanza tra i magneti è quella a cui si ha equilibrio tra la forza di repulsione tra i magneti ed il peso del magnete sovrastante Aggiungiamo via via altri pesi e facciamo la tabellina ed il grafico della distanza a cui restano via via che esercitiamo una forza corrispondente al peso di 1, 2, 3, … pesetti. d (cm)

F

d (cm)

F(N)

2,1 1,6 1,4 1,2 1,1 0,9

1 2 3 4 5 6

0,8 0,7 0,6 0,55 0,5 0,45

7 8 9 10 11 12

d

Distanza in cm

Descrivi i dati della tabella. Più pesetti ci sono minore è la distanza. Descrivi il grafico. È una curva che mostra come la distanza diminuisca sempre meno.

Numero di pesetti F(N)

Cosa puoi concludere? Maggiore è il peso minore è la distanza. Più i Geomag si avvicinano e molto più forte deve essere il peso per avvicinarli ulteriormente. Concludiamo. Aumentando il peso diminuisce la distanza tra i Geomag. Ma la diminuzione è sempre minore e non si arriva mai a farli toccare. 91

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SCHEDA NUMERO 22

COMPORTAMENTO DI DUE MOLLE IN TENSIONE Si misura con due molle in tensione l’attrazione tra poli diversi di due magneti uguali Due calamite, affacciate con poli opposti, sono tenute a leggera distanza da un piccolo divisorio di materiale neutro. Proviamo ad esercitare una piccola forza tirando una delle due molle (n° 1) mentre l’altra viene tenuta ferma da un paletto verticale: un bastoncino. Cosa succede alla molla che stiamo tirando? Si allunga. E all’altra? Si allunga anche lei della stessa lunghezza. Facciamolo. Cos’è successo alla molla che abbiamo tirato? Si è allungata. E all’altra? Si è allungata anche lei. Leggiamo sui tubicini dei due dinamometri di quanto si sono allungate le due molle per tenere in equilibrio ad una fissata distanza i poli opposti di magneti uguali. 0,25 N Molla 2: 0,25 N Molla 1: Fissiamo col bastoncino l’altra molla e tiriamo la prima. Ripetiamo l’esperimento precedente riprendendo le misure: Molla 1: 0,30 N Molla 2: 0,30 N Ora tiriamo a caso entrambe le molle, tirandole anche con forze diverse una dall’altra, e ripetiamo le misure. 0,50 N Molla 2: 0,50 N Molla 1:

Cosa puoi concludere? Le due molle si allungano sempre in modo uguale Concludiamo. Anche se noi applichiamo una forza solo su una molla, si allungano entrambe e della stessa lunghezza. 92

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SCHEDA NUMERO 23

PORTATA DI UN MAGNETE Tenendo in mano un Geomag avviciniamogli in modo che si attacchino, una alla volta, delle rondelle di acciaio, in modo che si formi una catena. Qual è il massimo numero di rondelle che sono sostenute dal magnete nella catena? 1

2

3

4

5

6

7

Facciamolo insieme. Disegnalo. Quante rondelle ha tenuto su? 1

2

3

4

5

6

7

Attacchiamo tra loro due Geomag attraverso i poli opposti per avere un magnete lungo il doppio e ripetiamo l’esperimento da capo, quante rondelle riusciremo ad alzare?

Cinque. Facciamolo insieme. Disegnalo. Quante rondelle ha tirato su?

Sempre cinque.

Cosa puoi concludere? Un Geomag riesce a sollevare solo cinque rondelle. Anche se ne attacco due non si riesce a sollevarne più di cinque. Il numero delle rondelle che la calamita riesce a sollevare si chiama portata del magnete. Concludiamo assieme. Con degli oggetti di acciaio possiamo misurare la portata di un magnete. Se i magneti sono due attaccati, la portata non cambia.

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SCHEDA NUMERO 24

MAGNETI IN SERIE ED IN PARALLELO Attacchiamo due magneti “in serie”, cioè uno dietro l’altro, attraverso due poli opposti. Quanto è lunga la catena di rondelle che riescono a sostenere i 2 Geomag? Avviciniamo una alla volta delle rondelle ai Geomag formando una catena. Qual è il numero massimo di rondelle sostenute?

Cinque.

Facciamolo insieme. Disegnalo. Quante rondelle hanno tenuto su i 2 magnete in serie? 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Ora avviciniamo due Geomag ad una stessa rondella e lasciamo che si attacchino ad essa, in modo che abbiano i poli uguali dalla stessa parte (cioè “in parallelo”). Ripetiamo l’esperimento da capo, quante rondelle riusciremo ad alzare?

Dieci.

Facciamolo insieme. Disegnalo. Quante rondelle hanno tenuto su i due magneti in parallelo? 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Perché accade questo? Quando i due magneti sono messi di fianco la loro portata raddoppia.

Concludiamo assieme. Due magneti in serie diventano un unico magnete; messi in parallelo, invece, sollevano il doppio delle rondelle, perché ognuno può sollevare lo stesso numero di rondelle.

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SCHEDA NUMERO 25

LA DEVIAZIONE DELL’AGO DELLA BUSSOLA CHE SI AVVICINA AL MAGNETE Si misura quantitativamente con la bussola come le interazioni magnetiche dipendano dalla distanza Fissiamo la calamita, in posizione verticale, ad una delle estremità della linea disegnata e ruotiamo il cartoncino fino a che l’aghetto della bussola si dispone lungo la direzione perpendicolare alla linea graduata disegnata sul foglio. Fissiamo così il foglio. Posizioniamo il magnete all’altra estremità e tracciamo la direzione che assume il suo ago. Avviciniamo la bussola di un segmento e tracciamo di nuovo la direzione. Scelto un raggio abbastanza lungo perché sia facile misurarlo, individuiamo la sua proiezione (Bm) sulla linea graduata per ogni posizione della bussola (d). Facciamo una tabella in cui riportiamo le distanze della bussola dal magnete e le proiezioni dei raggi.

d

Bm

21 18 15 12 9

0,8 1,5 2,6 4,7 9,0

Che cosa puoi concludere? La forza che attrae l’ago della bussola aumenta con la diminuzione della distanza.

Concludiamo insieme. Anche in questo caso notiamo che la forza di attrazione aumenta man mano che la distanza diminuisce. Anche la bussola ce lo conferma.

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SCHEDA NUMERO 26

I POLI DI UN MAGNETE E LA GRAFFETTA Si studia come localizzare i poli di un magnete usando un oggetto ferromagnetico Ripetiamo con una graffetta le prove effettuate con la bussola. Poniamo la calamita sul tavolo ed avviciniamo la graffetta al polo della calamita (Geomag) che ha la fascetta rossa, ponendola in direzioni diverse rispetto al polo stesso, come indicato nei casi “A”, ”B”, ”C” e ”D” di questo disegno. A

B

C

D

Cosa farà la graffetta nei vari casi? PREVISIONE Si avvicinerà. Si avvicinerà. Si avvicinerà. Si avvicinerà.

A B C D

PROVA Viene attratta. Viene attratta. Viene attratta. Viene attratta.

Giriamo ora la calamita e consideriamo di nuovo i seguenti 4 modi di avvicinare la graffetta alla calamita. A

B

C

D

Cosa farà la graffetta nei vari casi?

A B C D

PREVISIONE Si avvicinerà. Si avvicinerà. Si avvicinerà. Si avvicinerà.

PROVA Viene attratta. Viene attratta. Viene attratta. Viene attratta.

Anche la graffetta si orienta come faceva la bussola?

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❑ SI

❑ NO

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La graffetta viene attratta… (Segna con una crocetta la risposta esatta)

❑ in modo diverso dai due poli del magnete ❑ in modo uguale dai due poli del magnete

Confronta il comportamento di una bussola e della graffetta nei vari casi ed indica uguaglianze e differenze. Uguaglianze. Sono entrambe attratte dalla calamita ma in modo diverso. Differenze. La graffetta è attratta da entrambi i poli della calamita, mentre l’ago della bussola si comporta come una calamita quindi una parte viene attratta da un polo, l’altra viene respinta dallo stesso polo e attratta dall’altro. Concludiamo insieme. La bussola è costituita da un aghetto libero di ruotare, che è un piccolo magnete con due poli opposti. Un oggetto ferromagnetico si magnetizza in presenza di un magnete in modo da essere sempre da lui attratto.

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SCHEDA NUMERO 27

IL MAGNETE SPEZZATO Si riconosce che spezzando un magnete se ne ottengono due simili Avviciniamo un oggetto ferromagnetico ad una lunga calamita, da quali punti sarà attratto? Disegnalo e scrivilo qui a fianco.

Solo dagli estremi, dai due poli.

Facciamolo. In quali punti della calamita si è attaccato? Solo agli estremi, ai due poli.

Spezziamo il magnete a metà, da quali punti sarà attratto l’oggetto? Disegnalo e scrivilo qui a fianco.

Solo dagli estremi, dai due poli.

Facciamolo. In quali punti della calamita si è attaccato? Solo agli estremi, ai due poli.

Solo dagli estremi, dai due poli.

Spezziamo il magnete ancora a metà, da quali punti sarà attratto l’oggetto? Disegnalo e scrivilo qui a fianco.

Facciamolo. In quali punti della calamita si è attaccato? Solo agli estremi, ai due poli.

Spezzando la lunga calamita in quattro pezzettini, quanti poli abbiamo ottenuto? 1

2

3

4

5

6

Cosa puoi concludere? Spezzando una calamita ottengo due calamite. Concludiamo assieme. Spezzando una calamita ottengo sempre delle calamite. 98

7

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SCHEDA NUMERO 27bis

LA SEPARAZIONE DEI POLI MAGNETICI Si evidenzia l’impossibilità di scindere i poli di un magnete Avviciniamo un Geomag ad uno dei pezzettini ottenuti spezzando la lunga calamita. Viene attratto o respinto? Attratto o respinto, dipende da che polo è affacciato. Facciamolo. Come si comporta il magnete spezzato? Attratto o respinto, dipende da che polo è affacciato. Avvicino il Geomag che ho in mano all’altro polo del magnete spezzato. Viene attratto o respinto? Attratto o respinto, dipende da che polo è affacciato. In base al comportamento del Geomag esploratore, cosa puoi dire del magnete spezzato? Che ha due poli opposti come quello originario.

E se lo facciamo con un altro dei pezzettini del magnete spezzato succederà la stessa cosa? Si. Facciamolo. Come si comporta il magnete spezzato? È attratto da un polo e respinto dall’altro. E se uniamo due magneti spezzati? Come si comporteranno rispetto al Geomag esploratore? Saranno attratti da un polo e respinti dall’altro. Facciamolo. Come si comporta il magnete composto? È attratto da un polo e respinto dall’altro. ❑ SI

❑ NO

Esiste un modo di operare per isolare uno dei poli di un magnete? ❑ SI

❑ NO

Spezzando un magnete riusciamo a separare i suoi poli?

Concludiamo assieme. Spezzando un magnete otteniamo sempre dei magneti uguali a quello iniziale cioè con due poli opposti. Non si possono separare i poli di un magnete. 99

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SCHEDA NUMERO 28

LE CALAMITE CONGIUNTE Si mostra come i magneti attaccati ne creino uno solo Avviciniamo due poli opposti di due Geomag e lasciamo che si attacchino. Se avviciniamo un oggetto ferromagnetico ad uno dei due poli, si attaccherà? ❑ SI

❑ NO

E all’altro polo si attaccherà? ❑ SI

❑ NO

Ed al centro, dove sono uniti i due Geomag? ❑ SI

❑ NO

Secondo te perché accade questo? La parte centrale in cui sono attaccati i due magneti non interagisce più con gli oggetti ferromagnetici. Concludiamo insieme. Unendo due magneti ne otteniamo uno solo che interagisce solo con i due estremi.

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SCHEDA NUMERO 29

LA PAGLIETTA D’ACCIAIO ED IL MAGNETE Si esplora la disposizione della paglietta d’acciaio intorno ad un magnete Se avviciniamo il Geomag alla scatolina trasparente (porta Cd-Rom) contenente la paglietta di acciaio, che cosa prevedi che faccia la paglietta? Viene attirata dal magnete e si avvicina ad esso. Vediamolo. Che cosa si osserva nella paglietta? Si è avvicinata alla calamita. Muoviamo il Geomag. Cosa osserviamo? La paglietta segue il Geomag. Se ora disponiamo la paglietta nella vaschetta in modo omogeneo e poi appoggiamo il magnete disteso sopra alla vaschetta, come si dispone la paglietta? Disegnalo.

Proviamo a farlo assieme. Come si è messa la paglietta? Disegnalo.

Facciamo assieme il disegno. Ora ricopialo.

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SCHEDA NUMERO 29bis

LA SIMMETRIA DEGLI EFFETTI DI UN MAGNETE Si esplora la disposizione della paglietta d’acciaio cambiando la posizione del magnete (simmetria circolare e simmetria cilindrica) Operiamo con la scatolina della paglietta di acciaio. Mettiamo sotto alla scatolina una calamita. Come prevedi che cambi la disposizione della paglietta ruotando la calamita attorno al suo asse “a” di rotazione (come mostrato nella figura)? Disegnalo e spiega. Non cambia.

È successo quello che hai previsto? Se no correggi il disegno in rosso.

❑ SI

❑ NO

Inverto i poli della calamita ruotandola lungo il suo asse “b” (come mostrato in figura). Come sarà il disegno quando i poli sono invertiti? Uguale o no al precedente? Uguale. Facciamolo. Il disegno è uguale o no al precedente? Uguale. Riprendiamo la nostra bussola. Avviciniamola alla calamita, come si comporta il suo aghetto? Dipende. Punta la calamita il polo dell’aghetto opposto a quello del magnete. Cambia il comportamento dell’aghetto della bussola ruotando la calamita sul suo asse “a” ? ❑ SI ❑ NO E ruotandola sul suo asse “b” ? ❑ SI ❑ NO Vediamolo insieme. La rotazione intorno all’asse “a” cambia il tipo di interazione che la calamita ha con altre calamite (bussole) avvicinate ad essa? ❑ SI ❑ NO E la rotazione intorno all’asse “b”’ cambia tale interazione? ❑ SI ❑ NO Cosa puoi concludere? Invertendo i poli l’interazione magnetica cambia solo con altre calamite. Concludiamo assieme. Ruotando il magnete sul suo asse l’interazione magnetica non è modificata né con oggetti ferromagnetici né con un’altra calamita. Invertendo i poli l’interazione magnetica cambia solo con altre calamite. La distribuzione della limatura è simmetrica rispetto agli assi di rotazione del magnete. 102

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SCHEDA NUMERO 30

LA BUSSOLA NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE Si studia l’orientamento dell’aghetto della bussola nello spazio attorno al magnete Fissiamo la calamita su di un foglio e disegniamone il contorno. Avviciniamo la bussola ad uno dei poli del magnete e tracciamo un segmento che indica la posizione dell’ago della bussola in quel punto. Spostiamo la bussola in diversi punti dello spazio attorno al magnete ed ogni volta tracciamo il segmento che indica la posizione dell’aghetto. Facciamolo insieme e poi ricopialo qui di seguito.

Cosa puoi concludere? L’ago della bussola attorno al magnete si posiziona formando delle linee curve secondo precise orientazioni. Concludiamo assieme. L’ago della bussola attorno al magnete traccia delle linee curve che vanno da un polo all’altro. Davanti ai poli partono grandi curve.

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SCHEDA NUMERO 31

UNA BIGLIA D’ACCIAIO NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE Si studia la traiettoria di una biglia d’acciaio nel moto incipiente quando viene posta nello spazio attorno al magnete Consideriamo la rappresentazione delle direzioni dell’ago della bussola collocata intorno ad un magnete, come in figura.

Appoggiamo una biglia di acciaio su una delle linee tracciate davanti ad uno dei poli del magnete e lasciamola libera di muoversi: che percorso fa la pallina prima di attaccarsi al magnete? Una traiettoria rettilinea. Facciamolo insieme. Che percorso ha fatto la pallina? È andata ad un polo seguendo una traiettoria rettilinea. Disegnalo sopra alla figura. Cosa puoi concludere? La pallina si avvicina al magnete seguendo una traiettoria rettilinea. Concludiamo assieme. La pallina si avvicina al magnete seguendo una traiettoria che coincide con una delle linee tracciate seguendo l’orientazione dell’aghetto della bussola.

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SCHEDA NUMERO 32

IL MAGNETE E LA RAPPRESENTAZIONE DEI SUOI EFFETTI Si confrontano per sovrapposizione i tre disegni ottenuti nelle tre schede precedenti Confronta i tre disegni che hai fatto utilizzando la paglietta, la bussola e la pallina nello spazio attorno al magnete. Guardali bene e indica somiglianze e differenze. Somiglianze. Davanti ai poli del magnete partono sempre linee quasi rette che vanno verso l’esterno. Sui fianchi ci sono linee curve che vanno da un polo all’altro. Differenze. Le linee fatte con la paglietta sono più piccole, curve e fitte di quelle disegnate con la bussola, ma se avessimo una bussola piccola piccola sarebbero uguali. Sovrapponiamo i disegni ottenuti con la paglietta e con la bussola. Che cosa notiamo? Si assomigliano? Non sono uguali ma molto simili. Cosa possiamo concludere? Tutti gli oggetti magnetici o ferromagnetici si dispongono intorno al magnete seguendo le stesse linee di campo. Se gli aghetti ferromagnetici sono liberi di muoversi sul foglio si portano sopra al magnete.

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SCHEDA NUMERO 33

IL MOTO IN UN CAMPO MAGNETICO Si confrontano le traiettorie di una pallina d’acciaio in presenza ed in assenza di un campo magnetico Appoggiamo la biglia su questo scivolo e lasciamola andare, che percorso farà? Andrà dritta. E dove arriverà? Alla fine del banco per poi cadere. Facciamolo insieme. Che cosa è successo? È andata dritta fino alla fine del banco e poi è caduta. Ora fissiamo il magnete con un polo in prossimità dello sbocco dello scivolo e lasciamo andare la pallina, che percorso farà? Disegnalo e descrivilo. La pallina scenderà dallo scivolo, poi verrà attratta dalla calamita e si avvicinerà ad essa tracciando una linea curva diversa dalle linee tratteggiate, fino ad attaccarsi ad essa. Facciamolo assieme. Che percorso ha fatto? È stata deviata dalla calamita verso di sè, ma solo un pochino. Correggi eventuali errori nel disegno con la penna rossa. La pallina segue una delle linee disegnate? ❑ SI ❑ NO Spiega. Viene deviata dal magnete ma solo un pochino. Non segue una delle linee di campo magnetico tratteggiate sul foglio. Che cosa ha fatto la calamita alla pallina? Ha deviato il suo percorso. Cosa possiamo concludere? La calamita ha attirato la pallina ma solo quanto basta per deviarla. Concludiamo assieme. La pallina scendendo dallo scivolo acquista velocità. Il magnete attira la pallina ma non abbastanza per attaccarla, quindi ne devia il percorso. La pallina non segue le linee di campo: compie una traiettoria determinata dalla sua velocità iniziale e dalla modifica su di essa prodotta dall’attrazione del magnete. 106

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SCHEDA NUMERO 34

MAGNETIZZAZIONE TEMPORANEA Abbiamo due chiodi ed un magnete. Che cosa accade se avviciniamo un chiodo all’altro? Niente. Facciamolo assieme. Che cosa è successo? Niente. Che cosa succede se avviciniamo il magnete al chiodo? Il chiodo è attratto e si attacca. Facciamolo assieme. Cos’è successo? Il chiodo si è attaccato al magnete. Ora avviciniamo il chiodo, attaccato al magnete, all’altro chiodo d’acciaio. Cosa prevedi che succeda? Il secondo chiodo si attacca al primo chiodo. Vediamolo assieme. Cos’è successo? Il chiodo è stato attratto e si è attaccato all’altro chiodo. Stacchiamo il chiodo dal magnete e teniamolo molto vicino ad esso, ma non attaccato. Avviciniamo quindi questo chiodo all’altro. Il chiodo appoggiato sul tavolo si attaccherà lo stesso all’altro? ❑ SI ❑ NO Facciamolo assieme. Si è attaccato?

❑ SI

❑ NO

Come lo spieghi? Il magnete attaccato o molto vicino al chiodo gli fornisce proprietà magnetiche. Cosa puoi concludere? Un chiodo attaccato ad una calamita si comporta come una calamita. Concludiamo assieme. Un oggetto ferromagnetico a contatto o molto vicino ad un magnete si comporta come una calamita.

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SCHEDA NUMERO 35

IL CHIODO DIVENTA UNA CALAMITA Si impara come magnetizzare e smagnetizzare un chiodo Secondo te è possibile far diventare una calamita un pezzetto di metallo ferromagnetico (per esempio un chiodo)? ❑ SI ❑ NO Se “SI”, come faresti? Strofinerei sull’estremità dell’oggetto una calamita, sempre con lo stesso polo e sempre nella stessa direzione.

Si, si può far diventare un pezzetto di metallo ferromagnetico come una calamita! È facile! Dobbiamo solo strofinare uno dei poli della calamita sulla punta del chiodo, sempre lo stesso e sempre nello stesso verso. Vediamo se ha funzionato: avviciniamo la punta del chiodo ad un altro chiodo o ad una rondella. Ora riesce a spostarlo e a sollevarlo. E ora cosa dobbiamo fare per far tornare il chiodo come prima? Gettarlo per terra con forza più volte o scaldarlo con un accendino.

Per far tornare il chiodo come prima possiamo usare due metodi: • far cadere il chiodo a terra un po’ di volte; • scaldare la punta del chiodo con un accendino. Facciamo la prova: riavviciniamolo all’altro chiodo. Ora non viene più attratto!

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SCHEDA NUMERO 36

APRIAMO UN GEOMAG Si vede che è composto da due magnetini e da un cilindro ferromagnetico al centro

Come pensi che sia fatto un geomag al suo interno? Compatto come un magnete.

Apriamolo insieme e vediamo com’è fatto. Descrivilo e disegnalo. È composto da una barretta cilindrica di materiale ferromagnetico con alle estremità due piccole pastiglie magnetiche, attaccate al cilindretto con un polo da una parte e con quello opposto dall’altra.

Quante sono le parti che compongono un Geomag? Quattro: un cilindro ferromagnetico, due pastiglie magnetiche e la plastica che ricopre tutto. Qual è la funzione di ogni parte? I due magneti danno la proprietà magnetica. Il cilindro acquista proprietà magnetiche a contatto coi magneti e rafforza la forza del magnete. La plastica ricopre il tutto dando stabilità e unità.

Abbiamo visto che il Geomag si comporta come un’unica calamita. Che cosa ci permette di ottenere questo comportamento? La magnetizzazione temporanea del cilindro e l’orientazione delle due pastiglie magnetiche, una l’opposto dell’altra. Concludiamo insieme. Il Geomag si comporta come un’unica calamita, perché il cilindro ferromagnetico all’interno diventa un magnete per contatto e le due calamite attaccate ad esso diventano un’unica calamita.

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SCHEDA NUMERO 37

COSTRUIAMOCI UNA BUSSOLA Usa tutto ciò che hai imparato finora per costruire una bussola. Descrivi cosa useresti, come lo useresti e perché. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ __________________________________________________________

Il metodo più semplice è questo. Strofiniamo uno dei poli della calamita sulla punta di uno spillo, sempre lo stesso e sempre nello stesso verso. Posizioniamo lo spillo su di un sostegno di polistirolo galleggiante ed appoggiamolo in una vaschetta piena d’acqua. Lasciamolo libero. Osserviamo come si sistema. Confrontiamolo con una bussola vera! Funziona!!! E se facciamo cadere a terra lo spillo alcune volte o lo scaldiamo con un accendino e lo riposizioniamo sul sostegno galleggiante, si comporta ancora come una bussola? Perché? No, perché lo spillo si sarà smagnetizzato. Concludiamo assieme. Un aghetto magnetizzato e libero di ruotare punta verso nord e può essere usato come una bussola.

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SCHEDA NUMERO 38

LA CORRENTE E LA BUSSOLA Si studia l’effetto magnetico della corrente con l’esperienza di Øersted Vediamo adesso che rapporto ha una calamita con la corrente elettrica. Collochiamo una bussola su di un piano attraversato da un filo elettrico rettilineo in cui circola corrente. Vediamo assieme che direzione assume l’aghetto della bussola in 8 diverse posizioni attorno al filo (a; b; c; d; e; f; g; h). Disegna la direzione dell’ago nelle 8 bussole del disegno.

Siccome la bussola si orienta quando circola una corrente, significa che la corrente produce lo stesso effetto di una calamita. Come spiegheresti questo effetto a chi non lo ha visto? La corrente elettrica mostra effetti magnetici sull’aghetto magnetico di una bussola: modifica la sua direzione. L’aghetto si mette sempre ortogonale al filo elettrico attraversato da corrente. Su di un piano perpendicolare al filo, la direzione degli aghi è sempre tangente a cerchi concentrici con il filo. Cosa puoi concludere? La corrente elettrica ha effetti magnetici. Concludiamo assieme. Un filo elettrico percorso da corrente interagisce con una calamita orientandola in un modo preciso. L’elettricità ed il magnetismo sono due fenomeni diversi ma la corrente elettrica (cariche in moto) genera effetti magnetici.

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SCHEDA NUMERO 39

UN AVVOLGIMENTO E LA CALAMITA Si esplora l’interazione tra un magnete ed un avvolgimento percorso da corrente Un piccolo avvolgimento di rame è appeso come in figura. Esso è collegato ad una pila in cui circola corrente. Avviciniamo il polo rosso di una calamita all’avvolgimento. Cosa si osserva? L’avvolgimento si allontana dal magnete. Come te lo spieghi? L’avvolgimento in cui circola corrente si comporta come un magnete. Ripetiamo la prova avvicinando il polo opposto della stessa calamita. Cosa cambia? L’avvolgimento si avvicina al magnete ed il magnete si attacca al suo interno. Ora invertiamo i cavetti di collegamento per invertire la corrente e riproviamo ad avvicinare entrambi i poli della calamita, iniziando sempre da quello rosso. Cosa è successo? L’avvolgimento si avvicina al polo della calamita che prima lo faceva allontanare. Ciò che hai osservato ha qualche somiglianza con altri fenomeni già analizzati? L’interazione tre due magneti vincolati. Come ti spieghi il comportamento dell’avvolgimento? La corrente elettrica fa sì che un avvolgimento di rame percorso da corrente si comporti come una calamita

Inseriamo un cilindro di materiale ferromagnetico all’interno dell’avvolgimento nel quale facciamo scorrere corrente. Cosa osserviamo? L’avvolgimento si sposta subito dalla parte in cui si affaccia il materialeferromagnetico. Avviciniamo ora il polo rosso della calamita. Cosa osserviamo? L’avvolgimento si sposta subito dalla parte in cui si affaccia il magnete, ma tende a ruotare rispetto alla direzione di avvicinamento del magnete se avvicino il suo polo opposto. 112

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E se giriamo la calamita? L’avvolgimento si sposta verso di noi dall’altra parte del magnete. E se invertiamo la corrente? È l’altro polo che attira l’avvolgimento verso di sé. Cos’è cambiato rispetto al caso in cui l’avvolgimento non aveva il materiale ferromagnetico inserito? L’avvolgimento si sposta comunque nella direzione dell’asse dell’avvolgimento in cui si affaccia il magnete, con lo stesso verso o verso opposto al magnete. Confronta il comportamento dell’avvolgimento percorso da corrente con quello di un magnete. Avvolgimento

Polo rosso del magnete

I: avvicino il polo rosso del magnete

È respinto

È respinto

II: avvicino il polo opposto

È attratto

È attratto

È attratto e si attacca

È attratto e si attacca

III: avvicino un oggetto ferromagnetico

Cosa puoi concludere? L’avvolgimento si comporta proprio come una calamita. Concludiamo assieme. Un avvolgimento percorso da corrente si comporta come una calamita ed interagisce con un’altra calamita mostrando attrazione e repulsione. La polarità si può invertire invertendo il senso della corrente.

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SCHEDA NUMERO 40

ELETTROCALAMITA Si riconosce l’uguaglianza degli effetti prodotti da un magnete e da un chiodo in cui è avvolto a spirale del filo elettrico percorso da corrente È possibile costruire una calamita sfruttando l’elettricità. Bisogna semplicemente avvolgere un filo elettrico attorno ad un chiodo. Adesso proviamo ad avvicinarlo a delle rondelle, senza far attraversare il filo dalla corrente, che cosa succederà? Niente. Facciamolo assieme. Cos’è successo? Niente. Ora facciamo attraversare il filo elettrico dalla corrente. Avviciniamo adesso il chiodo alle rondelle, che cosa succederà? Le attirerà e le attaccherà a sè. Vediamolo assieme. Cos’è successo? Le ha attirate ed attaccate a sè. Come spieghi ciò che hai osservato? Il chiodo all’interno dell’avvolgimento in cui circola corrente diventa una calamita. Quante rondelle riuscirà ad alzare? Facciamolo. Quante ne ha sollevate?

due due

Se invece facciamo attorno al chiodo un doppio avvolgimento sopra al primo, quante rondelle solleverà? Il doppio. Facciamolo assieme. Quante ne ha sollevate? quattro Cosa puoi concludere? Un chiodo all’interno di un avvolgimento in cui circola corrente diventa una calamita. Concludiamo assieme. Un avvolgimento percorso da corrente fa in modo che un oggetto ferromagnetico al suo interno acquisti proprietà magnetiche. Con due avvolgimenti si comporta come due magneti in parallelo. 114

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TEST DI APPRENDIMENTO

FENOMENI MAGNETICI

Nome: _______________________ Cognome: _______________________ Data: ___________

La correzione di questo test va fatta riscontrando le modifiche di risposta dei singoli in ingresso ed in uscita e non deve essere un elemento di valutazione sommativa (non ci si deve basare su questo test per dare il voto). In termini quantitativi, le risposte in uscita vanno riportate in istogramma a confronto con quelle in ingresso per valutare l’apprendimento in termini di variazione nelle risposte agli stessi problemi. 1. Hai mai usato o visto usare dei magneti (calamite)? QUALI Geomag Placchette di forme diverse Bussola

COME LI HAI VISTI AGIRE Attaccarsi a palline e tra loro per costruire figure Attaccarsi alle pareti metalliche: al frigorifero … Il suo ago si orienta verso nord

OSSERVAZIONI: Introducendo un nuovo argomento è sempre necessario motivare i bambini facendoli entrare nel contesto mediante il richiamo alle loro esperienze; in campo scientifico ciò è necessario anche a situare la fenomenologia ed i referenti empirici dei concetti da affrontare. 2. Illustra a parole o con un disegno tre situazioni in cui hai osservato fenomeni magnetici. A: qui si deve solo raccogliere tutte le frasi dei bambini Nei Geomag le barrette e le palline si attraggono e si possono sistemare in diverse posizioni per costruire delle figure. B: qui si deve solo raccogliere tutte le frasi dei bambini Delle placchette magnetice di forma diversa si attaccano sugli elettrodomestici che hanno parti in ferro. C: qui si deve solo raccogliere tutte le frasi dei bambini La bussola ha un piccolo ago magnetico che, libero di ruotare, si orienta verso nord.

OSSERVAZIONI: La raccolta di esperienze offre tre opportunità alla didattica: a) il censimento delle esperienze dei bambini; b) il censimento delle loro rappresentazioni di senso comune ed eventualmente delle loro sequenze di ragionamento; c) la condivisione di diverse esperienze, che porta a due vantaggi: l’arricchimento del contesto e l’avvio di un lavoro condiviso. È bene anche stimolarli a spiegare con un disegno e a parole ciò che affermano. 115

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3. Conosci la bussola? Come funziona? Sì. Il suo aghetto è un piccolo magnete sospeso e libero di ruotare, che si orienta sempre verso il nord terrestre, che in realtà è il polo sud magnetico.

OSSERVAZIONI: in ingresso è probabile che i bambini non citino la bussola nelle domande precedenti, non riconoscendo il suo aghetto come un magnete; è allora utile questa domanda per avere la loro rappresentazione del ruolo della bussola. A questo quesito ci si aspettano risposte diverse in entrata ed in uscita, evidenziando l’apprendimento prodotto dal lavoro in classe. In ogni caso è utile raccogliere le loro affermazioni riguardo a questo strumento in classi (contingenti, funzionali, descrittive, interpretative), es: “ci indica la strada di casa”. Quando si discute del modo in cui funziona, accade che vengano attribuite proprietà umane o magiche a questo strumento ed è utile insegnare loro come utilizzarlo in modo pratico nella vita quotidiana e poi ripetere la discussione per sondare le interpretazioni: resteranno attribuzioni dello stesso tipo in ingresso, che dovranno essere superate in uscita. Va posta attenzione al modo in cui operano la lettura della bussola: capita che i bambini si lascino condizionare dal nome dei punti cardinali scritti sotto e che confondano ciò che è fisso (le scritte) e ciò che è mobile (aghetto).

4. Una bussola è sul tavolo di casa. Il suo ago è libero di ruotare. Che orientazione assume secondo te? - Sempre la stessa orientazione. Quale? L’ago si orienta sempre verso …. In ingresso potrebbe essere indicato un oggetto visibile, ed eventualmente aggiunto: che è a nord, perché so che la bussola indica il nord terrestre. - Un’orientazione qualunque. Spiega. ______________________________________________ - Un’orientazione che dipende da dove mi trovo. Come? Spiega. __________________________ _______________________________________________________________________________

- Un’orientazione che dipende dagli oggetti che ha intorno. Spiega. L’ago assume una direzione che viene condizionata dalla presenza di calamite o di oggetti di materiale ferromagnetico.

OSSERVAZIONI: in questo caso due sono le risposte corrette in quanto non viene specificato se la bussola si trova o no in presenza di magneti o materiali ferromagnetici. È questa una strategia per individuare anche l’attenzione posta nella risposta, soprattutto in uscita in cui dovrebbero tener conto dell’influenza di materiali ferromagnetici sulla bussola. Nella spiegazione si riconoscono i bambini che rispondono rispetto ad una personale rappresentazione e quelli che rispondono ripensando alle attività svolte.

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5. Un magnete appeso è libero di ruotare. Assume un’orientazione precisa? Quale? Il magnete si orienta sempre verso ... In ingresso è possibile che venga indicato un oggetto visibile e che venga eventualmente aggiunto: che è a nord, perché il magnete libero di ruotare si comporta come la bussola ed indica il nord terrestre.

In uscita il miglior risultato atteso sarà il seguente: il polo nord del magnete si orienta verso il sud magnetico, cioè il polo nord terrestre. Il punteggio da attribuire alla risposta dipende dal numero di elementi utilizzati: orientamento in direzione fissa, riconoscimento che la direzione fissa è il nord, analogia con bussola, poli. Perché? Spiega. La terra si comporta come un grande magnete col polo sud nel polo nord terrestre. Appoggio sul tavolo lo stesso magnete. Assume la stessa orientazione? ❑ SI ❑ NO Perché? Spiega. L’attrito sul tavolo è maggiore della forza magnetica.

OSSERVAZIONI: tutti i bambini conoscono i Geomag, ma li usano solo per costruire delle figure, quindi spesso non conoscono molto le caratteristiche di un magnete, e fanno molta fatica a concepire l’idea di appendere un magnete con un filo. È pertanto utile proporre di pensarlo eventualmente galleggiante e sottolineare che appenderlo corrisponde alla ricerca di una situazione in cui il magnete è libero di muoversi.

6. Avvicino le estremità di due calamite a forma di barretta ed uguali. - Si attraggono. - Si respingono. - Non osservo nessuna interazione. - Dipende. Spiega. Se i 2 poli affacciati sono opposti si attraggono, se sono omologhi si respingono.

OSSERVAZIONI: la domanda è volutamente incompleta, non si parla ancora di poli né si specifica come sono quelli affacciati. Questo per sapere se i bambini sanno o intuiscono che i magneti hanno due poli e sono opposti tra di loro. Essa permette inoltre di identificare i casi in cui si sa dare una risposta condizionata, in quanto si riconoscono possibili diverse situazioni.

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7. Un piccolo magnete a barretta attrae delle graffette fermafogli. Sai dire che polo della barretta era dalla parte delle graffette per attrarle? Spiega. Uno qualsiasi dei due poli. Giro la barretta dalla parte opposta. Attira ancora le graffette?

❑ SI

❑ NO

Perché? Spiega. Entrambi i poli esercitano attrazione su di un oggetto ferromagnetico. Provo con una graffetta ad attrarre le stesse graffette fermafogli. Ci riesco? ❑ SI

❑ NO

Perché? Spiega. La graffetta è ferromagnetica e non magnetica.

OSSERVAZIONI: a volte i bambini applicano la proprietà dei magneti di attrarre con un polo e respingere con l’altro a tutti gli oggetti ferromagnetici: per analogia con la situazione elettrica prevedono che la proprietà di attrarre (respingere) sia associata alle proprietà che hanno entrambi i sistemi interagenti. È l’occasione per far riconoscere che la proprietà (sorgente) è di un solo sistema, ma il concetto di forza implica reciprocità di interazione. È importante verificare che distinguano gli oggetti magnetici da quelli ferromagnetici e conoscano le loro caratteristiche.

8. Avvicino una calamita a barretta ad una scatola di graffette. Le tirerà su tutte? - SI. - NO. Quante? Dipende. Spiega. Il magnete esercita una forza di attrazione la cui intensità è circa corrispondente al peso delle graffette che si riescono a sollevare.

OSSERVAZIONI: ogni magnete esercita una sua forza che gli permette di sollevare (equilibrare il peso) in colonna una determinata quantità di graffette.

9. Ho in mano due magnetini a barretta. Avvicino i poli uguali. - Si attirano. - Si respingono. - Non interagiscono in modo visibile. Motiva la tua risposta. I poli uguali si respingono.

OSSERVAZIONI: si vede bene che i due magneti si respingono in quanto sono tenuti entrambi stretti nelle dita delle mani. 118

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10. Appendo un magnetino a barra e ne avvicino uno uguale. Fai una previsione sul comportamento del magnete appeso. Cosa fa? Ruota fino a far combaciare i poli opposti. Perché? Spiega. I poli uguali si respingono e quelli opposti si attraggono. I poli del magnete appeso sono pertanto sottoposti ad una coppia di forze che lo fanno ruotare.

OSSERVAZIONI: spesso i bambini fanno fatica a capire che se almeno uno dei due magneti è libero di ruotare, le forze in gioco sono una coppia e ciò provoca una rotazione rendendo meno evidente la repulsione.

11. Avvicino una calamita ad una pallina d’acciaio. Che cosa succede? La pallina viene attirata dalla calamita fino ad attaccarsi. Perché? Spiega. Tra un oggetto ferromagnetico ed una calamita si manifesta una forza di attrazione. Tengo ferma la pallina di acciaio e avvicino la calamita. Che cosa succede? La calamita viene attirata dalla pallina e si sposta fino ad attaccarsi a lei. Perché? Spiega. Tra un oggetto ferromagnetico ed una calamita si manifesta una forza di attrazione, la reciprocità dei comportamenti ci assicura che si tratta di una forza di attrazione. Metto la calamita dietro ad una tenda nera così la pallina non la vede. Sarà attratta lo stesso? Sì. Come fa la pallina a sapere che è arrivata la calamita ad attrarla? In ogni punto dello spazio si manifesta una proprietà generata dalla calamita, che agisce sugli oggetti magnetici e/o ferromagnetici: tale proprietà si manifesta orientando un aghetto ferromagnetico o una bussola collocati nei punti dello spazio intorno al magnete, secondo linee di campo caratteristiche. Si manifesta anche come una forza di attrazione (repulsione) se affaccio un oggetto ferromagnetico o i poli reciproci (omologhi) di un magnete. Quanto vicino deve essere la calamita, perché la pallina senta l’attrazione? Dipende dalla calamita. La forza si attenua con la distanza. Che cosa faresti per fare in modo che la pallina non senta l’attrazione? Perché? Allontanerei la pallina dalla calamita in modo che si attenui sempre di più l’attrazione, che è inversamente proporzionale alla distanza.

OSSERVAZIONI: i bambini non parleranno spontaneamente di “Campo Magnetico” se non perché l’hanno letto o sentito da qualche parte, senza conoscerne le caratteristiche. È però importante fare delle domande per vedere come se lo rappresentano e come spiegano spontaneamente le proprietà dei punti nello spazio intorno al magnete.

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12. Una calamita a barretta attrae un oggetto che avvicino ad essa. Posso dire che anche l’oggetto attira la calamita? ❑ SI ❑ NO Perché? L’attrazione è reciproca. Questo stesso oggetto attirerà altri oggetti? Si. Perché? Spiega. _____________________________________________________________ No. Perché? Spiega. Le sue proprietà magnetiche sono associate ad una calamita, se non c’è la calamita non accade - Dipende. Spiega. Se è a contatto con una calamita assumerà temporaneamente proprietà magnetiche.

OSSERVAZIONI: si lascia spazio al ragionamento del bambino per vedere se riesce a collegare le ipotesi fatte (o le conoscenze acquisite durante le attività) e a porsi spontaneamente delle domande. È difficile che i ragazzi rispondano in modo corretto al test in entrata. Questa domanda serve per stimolare il ragionamento e far emergere eventuali problemi.

13. Federica sta facendo un gioco in cui deve indovinare che cosa succederà tra due oggetti che vengono avvicinati. Sa che uno dei due oggetti è una calamita mentre l’altro non sa che cos’è. Le conviene dire: - “Si attirano” - “Si respingono” - “Non succede niente” Perché? Spiega. Non c’è interazione solo tra calamita ed oggetto non ferromagnetico; c’è repulsione solo tra due calamite affacciate con poli omologhi, c’é attrazione sia tra due calamita affacciate con poli opposti sia tra calamita ed oggetto ferromagnetico. Quindi è più probabile osservare attrazione.

OSSERVAZIONI: si lascia spazio al ragionamento del bambino per vedere se riesce a collegare le informazioni usate nelle precedenti risposte e nelle singole esperienze e a porsi spontaneamente delle domande. È difficile che i ragazzi rispondano in modo corretto al test in entrata. Questa domanda serve per stimolare il ragionamento e far emergere eventuali problemi.

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14. Marco ha raccontato a Paolo che avvicinando una calamita ad una barretta d’acciaio, la barretta veniva respinta. Se tu fossi Paolo cosa gli risponderesti? Che non è vero.

OSSERVAZIONI: è molto probabile che abbiano già gli strumenti per rispondere a questo quesito anche in entrata. Si lascia spazio al ragionamento del bambino per vedere se riesce a portare in un nuovo contesto le risposte già date e le esperienze effettuate. Il quesito stimola il ragionamento.

15. Avvicino due barrette magnetiche. Si attirano e poi si attaccano. Alle estremità delle due barrette attaccate si manifesteranno: - poli opposti. - poli uguali. - altro. Spiega. Due magneti si attirano solo se hanno poli opposti affacciati.

OSSERVAZIONI: questa domanda è di controllo rispetto alle interazioni tra magneti.

16. Si può far diventare magnetico un corpo che non lo è, cioè creare una calamita? - Sì. - No. Illustra la risposta. Si riesce, sfregando una calamita ripetutamente sull’oggetto, sempre con lo stesso polo e sempre nello stesso verso. Posso prendere un oggetto qualunque di materiale qualunque per farlo? No, solo un oggetto ferromagnetico.

OSSERVAZIONI: è difficile che ci siano risposte in entrata. Almeno la procedura deve essere loro nota in uscita. Questa domanda serve per controllare l’attenzione e stimolare curiosità in merito all’interpretazione.

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17. Avvicino i due poli nord di due magneti a barretta. Che cosa succede? Si respingono. Come lo spieghi? Ogni magnete è dotato di poli opposti, che interagiscono con magneti manifestando una forza attrattiva tra poli opposti e repulsiva tra poli omologhi. Come fanno i poli a sapere come devono comportarsi? Spiega cioè come avviene ciò che si osserva. Sentono il campo magnetico, il proprio e quello dell’altro magnete.

OSSERVAZIONI: questa domanda serve per vedere la coerenza nelle risposte del bambino e poi lo stimola ad andare oltre e a ragionare sui problemi. È molto improbabile che parlino spontaneamente di “Campo Magnetico” se non perché l’hanno letto o sentito da qualche parte, ma anche in questo caso non lo conosceranno approfonditamente. È però importante fare delle domande per vedere come se lo rappresentano e lo spiegano spontaneamente.

18. Taglio a metà un magnete e chiamo “A” e “B” le estremità che restano libere dopo averlo rotto. Prevedi il comportamento dei due pezzi di magnete nei seguenti casi:

AZIONE

ATTRAZIONE

REPULSIONE

Avvicino “N” con “B”

X

Avvicino “S” con “A”

X

Avvicino “A” con “B”

X

Spiega le tue previsioni. Spezzando un magnete otteniamo due magneti uguali. N e B sono entrambi nord, A ed S entrambi sud. I poli omologhi si respingono mentre quelli opposti si attraggono.

OSSERVAZIONI: si lascia spazio al ragionamento. È difficile che rispondano in modo corretto al test in entrata. Devono però essere in grado di farlo in uscita.

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SOLO IN USCITA 19. C’è un’attrazione tra i corpi e la Terra che riconosco ogni volta che vedo cadere un corpo. Confrontiamo l’azione della Terra con quella di un magnete. Secondo te ci sono degli aspetti simili? - No. - Si. Quali? Attirano gli oggetti verso di loro. La Terra ed il magnete hanno la capacità di modificare lo spazio circostante e la loro azione è osservabile una volta inseriti in tale spazio degli oggetti – rivelatori dei campi (una massa per la Terra, limatura di ferro per il magnete). Ci sono delle differenze? - No. - Si. Quali? L’attrazione della terra dipende dalla massa dell’oggetto e ne produce il peso, quella del magnete dalla sua intensità. Il campo magnetico interessa solo oggetti di determinati materiali mentre quello gravitazionale interessa tutti gli oggetti.

L’azione di un magnete si manifesta solo sugli oggetti di determinati materiali, mentre l’azione della Terra si esercita su tutti gli oggetti, ossia l’interazione magnetica avviene tra oggetti di particolari materiali mentre quella gravitazionale tra due masse qualsiasi. La terra attira gli oggetti in modo simmetrico tutto intorno ad essa con una forza che in ogni punto è diretta in linea retta verso il suo centro; il magnete invece, avendo una struttura dipolare, agisce sugli oggetti (magnetici e ferromagnetici) con un’azione di orientazione secondo le linee di campo che vanno da un polo all’altro ed una coppia di forze dirette verso i poli. OSSERVAZIONI: dopo aver dato al bambino tutti gli strumenti necessari, lo si lascia libero di ragionare sulle altre possibili applicazioni ed analogie tra i fenomeni che ha studiato.

20. Secondo te può esistere su un altro pianeta che non ha né l’aria né nessun altro gas intorno un’attrazione come quella che c’è tra i corpi che cadono e la Terra? - SÌ. - NO. Spiega. L’attrazione del pianeta non dipende dalla presenza di aria.

OSSERVAZIONI: dopo aver dato al bambino tutti gli strumenti necessari, lo si lascia libero di ragionare sulle altre possibili applicazioni ed analogie tra i fenomeni che ha studiato.

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indice

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PRESENTAZIONE

pag. 7

UNA PROPOSTA DIDATTICA SUL MAGNETISMO

pag. 19

SCHEDE DEGLI ESPERIMENTI SEZIONE “A”: PRIME ESPLORAZIONI 1. AVVICINARE UN MAGNETE AD OGGETTI DI VARI MATERIALI

pag. 20

2. LA CALAMITA ED I SASSOLINI DI METALLI FERROMAGNETICI

pag. 21

3. AVVICINIAMO I SASSOLINI FERROMAGNETICI 4. LE INTERAZIONI SONO RECIPROCHE

pag. 22

5. I POLI DEI MAGNETI

pag. 23

SEZIONE “B”: I MAGNETI E LE BUSSOLE 6. AFFACCIARE POLI DIVERSI AD UN MAGNETE SUL TAVOLO

pag. 24

7. UN MAGNETE NE DISTURBA UN ALTRO APPESO

pag. 25

8. LA CALAMITA DISTURBA LA BUSSOLA

pag. 26

9. IL MAGNETE COMANDA L’AGO DELLA BUSSOLA

pag. 27

SEZIONE “C”: ESPLORAZIONE DELLO SPAZIO CON LA BUSSOLA 10. LA DIREZIONE DELL’AGO DI UNA BUSSOLA

pag. 28

11. LIBERI DI ORIENTARSI 11a. CONFRONTO CON UNA BUSSOLA (con variante)

pag. 29

12. LA BUSSOLA NELLA STANZA

pag. 30

12a. MAGNETE APPESO (solo esperimento) 12b. MAGNETE APPESO (con variante)

pag. 31

13. ESPLORAZIONE DELLA NOSTRA CASA CON LA BUSSOLA

pag. 32

13bis. - COSA FA RUOTARE I CORPI

pag. 33

SEZIONE “D”: INTERAZIONI TRA MAGNETI 14. AGNETI APPESI 15. ZATTERINE MAGNETICHE

pag. 34

16. ZATTERINE MAGNETICHE INCANALATE

pag. 35

17. MAGNETI IN TRENO

pag. 36

18. MAGNETI IN UN TUBICINO

pag. 37

SEZIONE “E”: DISTANZA TRA MAGNETI 19. LA DISTANZA NELLE INTERAZIONI MAGNETICHE: I MAGNETI GALLEGGIANTI 19a. LE INTERAZIONI MAGNETICHE DIPENDONO DALLA DISTANZA (con le macchinine)

pag. 38

20. ATTRAZIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA

pag. 39

21. REPULSIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA

pag. 40

22. COMPORTAMENTO DI DUE MOLLE IN TENSIONE

pag. 41

23. PORTATA DI UN MAGNETE 24. MAGNETI IN SERIE ED IN PARALLELO

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SEZIONE “F”: COMPOSIZIONE DI MAGNETI E POLI 25. LA DEVIAZIONE DELL’AGO DELLA BUSSOLA CHE SI AVVICINA AL MAGNETE

pag. 43

26. I POLI DI UN MAGNETE E LA GRAFFETTA

pag. 44

27. IL MAGNETE SPEZZATO

pag. 45

27bis. LA SEPARAZIONE DEI POLI MAGNETICI

pag. 46

28. LE CALAMITE CONGIUNTE

pag. 47

SEZIONE “G”: LO SPAZIO INTORNO AI MAGNETI 29. LA PAGLIETTA D’ACCIAIO ED IL MAGNETE

pag. 48

29bis. LA SIMMETRIA DEGLI EFFETTI DI UN MAGNETE

pag. 49

30. LA BUSSOLA NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE

pag. 50

31. UNA BIGLIA D’ACCIAIO NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE

pag. 51

32. IL MAGNETE E LA RAPPRESENTAZIONE DEI SUOI EFFETTI 33. IL MOTO IN UN CAMPO MAGNETICO

pag. 52

34. MAGNETIZZAZIONE TEMPORANEA

pag. 53

35. IL CHIODO DIVENTA UNA CALAMITA

pag. 54

SEZIONE “H”: LA COSTRUZIONE DI UN MAGNETE E L’ELETTROCALAMITA 36. APRIAMO UN GEOMAG

pag. 55 pag. 56 pag. 57 pag. 58 pag. 59

37. COSTRUIAMOCI UNA BUSSOLA

pag. 61

SCHEDE PER STUDENTI

pag. 62

1 - AVVICINARE UN MAGNETE AD OGGETTI DI VARI MATERIALI

pag. 64 pag. 65 pag. 66 pag. 67 pag. 68 pag. 69

2 - LA CALAMITA ED I SASSOLINI DI METALLI FERROMAGNETICI

pag. 70 pag. 71 pag. 73 pag. 74 pag. 75 pag. 76 pag. 77

8 - LA CALAMITA DISTURBA LA BUSSOLA

pag. 79

Domande per casa

pag. 80

14 - MAGNETI APPESI

pag. 81

15 - ZATTERINE MAGNETICHE

pag. 82

16 - ZATTERINE MAGNETICHE INCANALATE

38. LA CORRENTE E LA BUSSOLA 39. UN AVVOLGIMENTO E LA CALAMITA 40. ELETTROCALAMITA 41. CONFRONTO TRA CAMPO ELETTRICO E CAMPO MAGNETICO

3 - AVVICINIAMO I SASSOLINI FERROMAGNETICI 4 - LE INTERAZIONI SONO RECIPROCHE 5 - I POLI DEI MAGNETI 6 - AFFACCIARE POLI DIVERSI AD UN MAGNETE SUL TAVOLO 7 - UN MAGNETE NE DISTURBA UN ALTRO APPESO 9 - IL MAGNETE COMANDA L’AGO DELLA BUSSOLA 10 - LA DIREZIONE DELL’AGO DI UNA BUSSOLA 11 - LIBERI DI ORIENTARSI 12 - LA BUSSOLA NELLA STANZA 13 - ESPLORAZIONE DELLA NOSTRA CASA CON LA BUSSOLA 13bis - COSA FA RUOTARE I CORPI

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pag. 84

17 - MAGNETI IN TRENO

pag. 86

18 - MAGNETI IN UN TUBICINO

pag. 88

SCHEDA DI SINTESI DEGLI ESPERIMENTI 16, 17 E 18

pag. 89

19 - LA DISTANZA NELLE INTERAZIONI MAGNETICHE: I MAGNETI GALLEGGIANTI

pag. 90

20 - ATTRAZIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA

pag. 91

21 - REPULSIONE TRA MAGNETI E DISTANZA: UNA MISURA

pag. 92

22 - COMPORTAMENTO DI DUE MOLLE IN TENSIONE

pag. 93

23 - PORTATA DI UN MAGNETE

pag. 94

24 - MAGNETI IN SERIE ED IN PARALLELO

pag. 95

25 - LA DEVIAZIONE DELL’AGO DELLA BUSSOLA CHE SI AVVICINA AL MAGNETE

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26 - I POLI DI UN MAGNETE E LA GRAFFETTA

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27 - IL MAGNETE SPEZZATO

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27bis - LA SEPARAZIONE DEI POLI MAGNETICI

pag. 100 28 - LE CALAMITE CONGIUNTE pag. 101 29 - LA PAGLIETTA D’ACCIAIO ED IL MAGNETE pag. 102 29bis - LA SIMMETRIA DEGLI EFFETTI DI UN MAGNETE pag. 103 30 - LA BUSSOLA NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE pag. 104 31 - UNA BIGLIA D’ACCIAIO NELLO SPAZIO VICINO AL MAGNETE pag. 105 32 - IL MAGNETE E LA RAPPRESENTAZIONE DEI SUOI EFFETTI pag. 106 33 - IL MOTO IN UN CAMPO MAGNETICO pag. 107 34 - MAGNETIZZAZIONE TEMPORANEA pag. 108 35 - IL CHIODO DIVENTA UNA CALAMITA pag. 109 36 - APRIAMO UN GEOMAG pag. 110 37 - COSTRUIAMOCI UNA BUSSOLA pag. 111 38 - LA CORRENTE E LA BUSSOLA pag. 112 39 - UN AVVOLGIMENTO E LA CALAMITA pag. 114 40 - ELETTROCALAMITA pag. 115 TEST DI APPRENDIMENTO

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