UNA PROPROSTA INNOVATIVA PER LA LETTERATURA DELL’INFANZIA UTILE ALL’EDUCAZIONE SCIENTIFICA PREMESSA Quest’opera nasce dal desiderio di voler rendere “leggibile” il percorso sperimentale presentato ai bambini durante il tirocinio. Si è voluto dargli un aspetto accattivante, curioso e che motivi i bambini all’esecuzione degli esperimenti. L’opera è il risultato degli insegnamenti appresi durante i corsi di “Preparazione di esperienze didattiche” (PED), “Didattica della fisica” e “Storia della letteratura dell’infanzia”. La sperimentazione presentata ai bambini delle scuole elementari è voluta essere una proposta “innovativa” e utile ai fini soprattutto dell’insegnamento dei fenomeni termici. Si compone di 14 esperimenti presentati per mezzo di strategie linguistiche, comunicative e di mediatori iconici. Le storia qui narrata ha la funzione di introdurre le attività sperimentali e di guidare il bambino nella loro messa in pratica. È stato scelto un paese fantastico, Termologia, i cui abitanti sono tutti scienziati. Ciascuno, quotidianamente, ha il compito di inventare vari oggetti. C’è chi costruisce oggetti di legno, chi stufe, chi termometri, e così via. Ci sono poi i Supervisori, ad esempio Grande Caldo, che controllano le invenzioni e le giudicano più o meno buone. Attraverso le vicende degli abitanti di Termologia, il lettore ha la possibilità di riflettere su alcuni fenomeni e di osservarne l’ evoluzione. Alla fine del libretto, il lettore potrà trovare una “scheda di osservazione” utile alla documentazione delle sue esperienze.
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ESPLORAZIONE DELLA SENSAZIONE TERMICA: OGGETTI DIVERSI PER FORMA, DIMENSIONE E MATERIALE La giornata era calda e afosa a Termologia, paese della regione della Fisica, nello Stato delle Scienze. Tutti gli abitanti di Termologia sono scienziati e sono stati creati da Grande Ricercatore per fare esperimenti e scoperte nuove. “Aahh che caldo!” Sussurrò Margherita alla sua mamma, mentre si faceva aria con il ventaglio di carta pesta… A Margherita piace vestire sempre di rosa, ma oggi porta una gonna nera e una camicia rossa. Si vede che ha proprio la luna storta! La mamma, la signora Caterina, è impiegata in una fabbrica di esperimenti, il papà, Totò, è invece il sindaco di Termologia, e lavora in un’ industria di termometri. Margherita ha due fratelli: Tom e Roger, Tom ha 3 anni e fa l’inventore di oggetti di legno, Roger invece, ne ha 14 ed è già consigliere comunale.
Tom deve inventare almeno 2 oggetti di legno al giorno. Le sue creazioni, per volere di Grande Ricercatore devono essere tutte, senza eccezioni, esclusivamente, di legno; mai di altri metariali. Oggi Tom ne ha inventati ben 7: 4 in più di quanto gli sia richiesto e non sono tutti di legno! CHE ERRORE!!… sarà accaduto forse perché la sera prima, per cena, aveva mangiato cotechino, fagioli, polenta, strudel di mele e una barretta di cioccolata?… Che non avesse digerito tanto bene? “Bene dice la mamma a Tom disponi sul tavolo le invenzioni di oggi, 16 marzo 2005” “Ecco, mamma!”
Risponde Tom, intimorito dal possibile giudizio della madre che non si è accorta ancora del suo errore! Sulla tavola Tom presenta: un pezzo di cotone, un cubetto di legno, uno di polistirolo, una paio di forbici d’acciaio, una gomma da cancellare, un temperino di metallo, una biglia di vetro 3
LA MAMMA: “Ma Tom, cosa ti è saltato in zucca questa notte! Che cos‛hai combinato! Questi oggetti non sono tutti di legno! Così domani ti beccherai la punizione! Ora chi glielo dice a Grande Caldo?”
La punizione consiste nel giocare al gioco dell’Oca per un intero pomeriggio insieme ai figli di Grande Caldo…dei veri tipi antipatici!
Grande Caldo è il supervisore di Termologia, laureato in “Toccare e sentire” con una tesi su “Come mettere la mano a contatto con oggetti di legno e percepire la sensazione termica” Din, Don, Dan!! Scoccano le 3; Grande Caldo arriva a casa del piccolo Tom per visionare gli oggetti che ha realizzato. GRANDE CALDO: “Buon pomeriggio Tom, buon pomeriggio Carolina! Come state? Bene? Io sto bene: per oggi ho già risolto tanti problemi e mi sento soddisfatto. Siete l‛ultima visita di quest‛ oggi. Spero non roviniate la media dei successi ottenuti di questa splendida giornata di pioggia!”
Tom accompagna Grande Caldo in salotto, lo fa accomodare sul divano e gli indica col dito indice le sue creazioni. Grande Caldo li guarda e afferma sbigottito: 4
“Ma questi oggetti non sono tutti di legno! Non sono tutti di legno! Ne hai fatti anche più del necessario, sai bene che dobbiamo essere parsimoniosi, non dobbiamo sperperare ciò di cui disponiamo! E poi se non sono di legno non sono capace di classificarli! In vita mia ho toccato solo il legno, non conosco altre sensazioni termiche! sento solo il caldo e il tiepido! Come li classificherò??”
DRIIN!! Squilla il cellulare satellitare di Grande Caldo: è Lampadina, il follettoaiuto che interviene nei momenti di bisogno a dare i giusti suggerimenti per risolvere i problemi. LAMPADINA: “Carissimo Grande Caldo, ho saputo del problema: segui le indicazioni che ora ti dirò e comunicale subito a Tom: farà lui la sperimentazione!”
E così, Grande Caldo, ascoltando le indicazioni che gli comunica Lampadina, segue Tom nell’esecuzione dell’esperimento “Prova a toccare con lo stesso dito, per un momento, ciascuno degli oggetti costruiti e ordinali in base alla tua sensazione termica, ovvero la sensazione che il tuo dito ha provato nel momento in cui l‛oggetto ha toccato. Ordinali poi da quello sentito più freddo a quello sentito più caldo” Sensazione termica provata nel toccare gli oggetti
Nome dell’oggetto toccato
GRANDE CALDO: “Ed ora Tom, rispondi a queste domande”: D1 quando hai toccato gli oggetti hai sentito diverse sensazioni termiche? Perché? D2 gli oggetti che hai toccato, in cosa sono uguali e in cosa sono, invece, diversi? Puoi elencare differenze ed uguaglianze che riguardano la forma, il colore, il materiale…
UGUAGLIANZE
DIFFERENZE
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D3 “Quando hai toccato gli oggetti hai provato diverse sensazioni termiche. A quali differenze ed uguaglianze che hai indicato qui sopra pensi siano dovute?“
La mamma di Tom, vuole scusarsi con Grande Caldo e gli offre un bicchiere di Vino viola e una mega fetta di torta alle castagne. GRANDE CALDO: “MMM, che bontà questa torta, complimenti mamma di Tom! E che buono il vino! È il mio preferito! Da che vitigno lo avete raccolto?”
LA MAMMA DI TOM: ”…grazie…grazie…la torta l‛ho preparata con le mie mani questa mattina e il vino l‛ho comprato nella fattoria del paese qui vicino, ad Esploropoli!”
GRANDE CALDO: “Tom, ringrazia tua mamma perché se non fosse stato per il vino buono e la torta squisita, oggi non ti avrei proprio perdonato! È già la seconda volta in un mese che sbagli di inventare gli oggetti di legno! Per oggi vada, ma domani…ma domani! Fai un buon lavoro! Ora corro a Esploropoli a comprare un paio di damigiane di questo buon vino. A domani!”
OGGETTI UGUALI NELLA FORMA E DIVERSI NEL MATERIALE È vero, non è la prima volta che Tom sbaglia di realizzare oggetti di legno, escogitandone di altri materiali. Infatti, anche 2 settimane fa, Tom aveva inventato dei bottoni di plastica e di metallo…un vero disastro per la sensazione termica di Grande Caldo, capace di sentire solo il caldo, il calduccio e il tiepido! Tom, triste per dover andare per l’ennesima volta a giocare coi figli di Grande Caldo, decide di fare un pisolino sul divano del salotto. Si sdraia, chiude gli occhi, ma gli sorge una curiosità: “Cosa si sentirà la sensazione termica se si toccano i strani bottoni che ho inventato??”
…Tom allora si alza dal divano, guarda gli oggetti costruiti per errore due settimane prima e prova ad ordinarli in base a alla sensazione termica che sentirebbe se li potesse toccare…
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Bottone n° 1: legno Bottone n°2:metallo Bottone n°3:metallo e plastica Bottone n°4:plastica
PREVISIONE N° del bottone
Ora invece, Tom tocca con lo stesso dito i bottoni per qualche secondo. Li ordina in base alla sensazione termica che ha provato quando li ha toccati. Li classifica da quello sentito più freddo a quello sentito più caldo. V1 VERIFICA N° del bottone
OGGETTI DI MASSA CRESCENTE Per esporre il problema ai cittadini di Termologia e scusarsi delle brutte figure fatte con Grande Caldo, Roger, il fratello maggiore di Tom, organizza una riunione in comune dove invita tutte le autorità per decidere come sentire, anche ciò che Grande Caldo non è in grado di percepire con la sua sensazione termica…sarà forse il caso di trovare qualcuno che lo sappia fare! ROGER: “Signori e signore, consiglieri e consigliere, ragazzi e ragazze, bambini e bambine, siamo qui riuniti oggi, 17 marzo 2005, ore 10:00, per decidere quali sono le sensazioni termiche che si percepiscono, toccando oggetti di materiale diverso dal legno. Vi spiego i motivi per cui vi ho oggi convocati…” 7
…e così racconta ai cittadini di Termolgia ciò che è accaduto ma… non appena comincia il suo discorso…sigh, sigh, sigh!… ”Chi è che piange?” Esclama Roger sbigottito!
Dall’angolo destro della stanza proviene un gemito: è il Fabbricante di Masse che piange! Roger esclama: “Massaio, cosa succede? Perché piangi?” MASSAIO: “Sigh, sigh, sigh...ieri mi è successa un cosa incredibile: mentre costruivo le mie solite masse, ho sbagliato taratura e ne ho costruite tre diverse, una più grande dell‛altra. Ha capito? Ho costruito delle masse crescenti! Erano le ultime, avevo sonno e ho sbagliato! Aiutoooo! Chi lo dice a Grande Massaio adesso?”
Grande Massaio è uno scienziato che valuta le masse costruite da
Massaio verificando
che esse siano tutte uguali.
Per chi non lo sapesse, la massa si misura con la bilancia a bracci uguali o mediante la misura del peso con la bilancia del droghiere, perché sulla terra tutte le masse pesano uguale.
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Scoccano le ore 10:30, si apre la porta rossa dell’aula magna del municipio, si intravede un fascio di luce ed entra… ...Grande Massaio: “Salve a tutti, come state? Tutto bene? Per quale motivo mi avete disturbato? Cos‛era questo brusio di fondo che ho sentito nel percorrere il lungo corridoio rosso?”
Roger racconta l’accaduto a Grande Massaio il quale vuole vedere e toccare con mano le masse crescenti costruite da Massaio. Le tocca, ma non è in grado di percepire nulla, proprio perché lui è capace di testare solo la massa. Il Grande Massaio si infuria e chiama Toccatore per capire quali sensazioni termiche si provano nel toccare le tre masse crescenti. Toccatore invita tutti i cittadini di Termologia a fare una previsione: “Immaginate di toccare i bottoni, quali sensazioni termiche pensate di sentire?” q
uguale per tutti i bottoni
q
diversa per tutti i bottoni
“Ora toccateli per davvero e ditemi qual è la sensazione termica che percepite con il vostro dito. Ordinate per sensazione termica i bottoni partendo da quello sentito più freddo a quello sentito più caldo”
V2 VERIFICA Numero del bottone
Toccatore invita tutti i cittadini a fare riflettere sull’attività che hanno fatto: “Fin‛ora abbiamo ordinato i bottoni in base alla sensazione termica che il nostro dito ha percepito quando li ha toccati . 9
Ora usiamo uno strumento: il sensore che, toccando ogni bottone, ci fa conoscere la sua temperatura. Il sensore è un termometro un po‛ speciale. È un‛estensione dei nostri sensi che però non ci informa sulla sensazione termica, ma ci informa sulla misura della temperatura di un oggetto. Il sensore è uno strumento che non si fatica ad imparare ad usare perché è sufficiente collegarlo ad un computer, metterlo in contatto con l‛oggetto di cui si vuole misurare la temperatura e guardare lo schermo del calcolatore!”
Toccatore interpella il sindaco Totò, che lavora nella Fabbrica di Termometri e gli chiede di portare immediatamente! dei sensori per misurare la Temperatura degli oggetti inventati per errore da Tom e da Massaio. la Temperatura è una simpatica signorina, di mezza età, ma ancora molto precisa e flessibile che veste quasi sempre abiti blu o rosa e si adatta a tutti i climi. Lei ci informa di quanto un corpo è caldo. I sensori sono invece degli speciali termometri, lunghi e neri, in grado di toccare oggetti o sostanze liquide e misurarne la signorina…Ops, la Temperatura!
Toccatore: “Misuriamo la temperatura dei bottoni costruiti per sbaglio da Tom. Poniamo il termometro a contatto con i bottoni”
o BOTTONI DI MATERIALI DIVERSI V3 la misura della temperatura misurata dal sensore in contatto con bottoni di materiali diversi è: q q
uguale per tutti i bottoni diversa per tutti i bottoni
Misuriamo la temperatura dei bottoni “Diversi nella massa” costruiti per sbaglio da Massaio, ripetendo l’esplorazione col termometro o BOTTONI DI MASSA CRESCENTE V4 la misura della temperatura misurata dal sensore in contatto con i bottoni di masse diverse è: q q
uguale per tutti i bottoni diversa per tutti i bottoni
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V5 CONCLUSIONE: la temperatura dei bottoni, che per comodità li abbiamo appoggiati sul tavolo della stanza è…………………………….. Temperatore, stretto collaboratore di Toccatore nonchè amico del sindaco, giunge al consiglio comunale insime a Totò e porta con sé, oltre ai termometri usati poco fa, anche un grandissimo libro intitolato “Sentire e Misurare” dal quale apre la 500esima pagina e legge
“La sensazione termica prodotta dal toccare oggetti diversi posti sul tavolo è diversa a seconda del materiale che compone gli stessi. Oggetti metallici sono sentiti da tutti più freddi di oggetti in legno e in polistirolo e questo ci garantisce che l'informazione prodotta dalla sensazione termica è affidabile anche se diverse persone sentono leggere differenze di sensazione,le persone hanno sensibilità diversa, ma non di molto. Oggetti dello stesso materiale posti sul tavolo sono sentiti più freddi se hanno una massa maggiore: la sensazione termica dipende dalla massa che costituisce l'oggetto, oltre che dal materiale. La temperatura può essere misurata dai termometri:i sensori termici dei termometri che vengono portati a contatto con gli oggetti per poter misurare la loro temperatura. La temperatura degli oggetti posti da lungo tempo sul tavolo è la medesima, qualsiasi sia il materiale che li compone: metallo, legno o polistirolo. Una tazzina di caffè caldo lasciato sul tavolo per molto tempo giunge alla stessa temperatura del tavolo. Se esploriamo la sensazione di oggetti diversi sul tavolo, otteniamo informazioni diverse: sensazioni diverse a seconda del materiale che compone gli oggetti e di quanto grande è la loro massa. Se misuriamo la loro temperatura è sempre la stessa, perché se il sensore resta a contatto con l’oggetto e la temperatura non cambia, vi è l’equilibrio termico: sono nella stessa condizione termica. La temperatura misurata dai sensori può essere visualizzata sullo schermo nel tempo mediante un grafico: quando è costante possiamo dire che il sensore misura la temperatura dell’oggetto che tocca. Ciò ci permette di riconoscere che dobbiamo attendere un lasso di tempo dopo che abbiamo messo in contatto i sensori con l'oggetto per ottenere la misura della sua temperatura. La misura di temperatura dell'oggetto considerato si ottiene quando la temperatura del sensore a contatto con esso resta sempre la stessa. Per misurare la temperatura di un oggetto sappiamo, quindi, che 11
dobbiamo: 1. mettere a contatto il sensore con l'oggetto (interazione termica), 2. attendere un lasso di tempo perchè si possa raggiungere l'equilibrio termico, 3. leggere e vedere la temperatura raggiunta dopo questo periodo di tempo La sensazione termica, oltre che dal materiale e dalla massa di un oggetto, dipende dalla sensazione termica precedentemente provata. Ad esempio, un dito che è stato nell'acqua fredda sente calda l'acqua che era sul tavolo (a temperatura ambiente), mentre sente fredda la stessa acqua, se è stato precedentemente in acqua calda. Il dito rileva perciò una sensazione termica diversa per la stessa acqua posta sul tavolo perché la sensazione termica dà informazioni sull’interazione termica tra il dito e ciò che tocca: come avviene lo scambio termico e non la temperatura; mentre il termometro rileva la stessa temperatura dell'acqua sul tavolo, sia che provenga dall'acqua calda sia da quella fredda. Il modo in cui cambia la temperatura del sensore quando cambia l'ambiente con cui interagisce termicamente, corrisponde alla sensazione termica. La sensazione termica ci dà perciò un'informazione legata al modo in cui cambia la temperatura, mentre il termometro e i sensori ci danno un' informazione legata alla temperatura quando c'è l'equilibrio termico (cioè la temperatura resta costante nel tempo)” Dopo aver letto l’ultima riga della 500esima pagina del mega volume, Temperatore chiude il libro, si copre il volto col suo nero mantello e si dirige a passi felpati verso l’uscita del comune di Termologia. Non appena la porta si chiude, dalle teste di tutti i consiglieri sbucano tante lampadine, simbolo della loro avvenuta comprensione verso i fenomeni letti da Temperatore.
TEMPERATURA DI OGGETTI POSTI IN AMBIENTI DIVERSI La riunione si scioglie e tutti i cittadini tornano a casa più felici e soddisfatti. …Tutti tranne Sferaio, costruttore di sfere di metallo tutte uguali: nella massa, nella forma, nella dimensione, nel materiale e nel colore. Ne costruisce 3 al giorno. Il giorno prima, infatti, a Sferaio è successa una strana cosa… 12
Sua moglie, Stufetta, costruttrice di stufe, ha messo tre delle sfere costruite da Sferaio in tre differenti posti: una sfera su uno dei caloriferi da lei creati, una sfera l’ha dimenticata sul tavolo, una sfera è stata nascosta dal figlioletto, Frigello, costruttore di frigoriferi. Le tre sferette sono rimaste nei 3 luoghi per diverso tempo e, quando Stufetta le ha poi raccolte, al tatto le ha sentite tutte diverse…ma come? Chissà?!? Stufetta non è stata in grado di spiegarlo perché tutto ciò… è accaduto in un sogno e quando si è svegliata… le 3 sfere non c’erano più! Ovvio: era un sogno! Ora, l’unico pensiero di Stufetta è: “Qual è la temperatura delle 3 sferette se potessi usare i sensori?”
La notte seguente, Stufetta sognò Lampadina che, come sempre, le suggerì le giuste mosse da fare : “Prima di tutto devi fare una previsione: come sarà la temperatura delle tre sferette di metallo?
· la temperatura di Hit secondo me è più alta o bassa di quella di Hot? · la temperatura di Hot secondo me è più alta o bassa di quella di Hat? · la temperatura di Hat secondo me è più alta o più basse di quella di Hit?
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VERIFICA “Ora misuri la temperatura delle 3 sferette. Per farlo userai il termometro! Misuria la temperatura di Hit che sul tavolo è stata messa, poi quella di Hat che nel frigo è stata riposta, infine quella di Hot che è stata appoggiata sul termosifone.”
V6 · la temperatura di Hit è uguale a… · la temperatura di Hot è uguale a… · la temperatura di Hat è uguale a… Tra le tue previsioni e le temperature rilevate ci sono delle differenze?”
EVOLUZIONE TEMPORALE DEL SENSORE Stufetta, felice di aver compreso che la temperatura è una grandezza di stato che dipende da dove l’oggetto si trova, il giorno dopo si sveglia felice. Mentre prepara il pranzo, Stufetta si ricorda che un giorno di una mattina d’estate, in cui il sole scaldava come non mai e gli uccellini svolazzavano a festa, era venuto a trovarla Misurello, un pazzo sensore che misura la Temperatura degli oggetti che tocca. Misurello viaggia sempre con il suo migliore amico, un piccolo computer portatile che sul monitor mostra la Temperatura che Misuralo rileva. Quel giorno, appena Misurello arrivò, Stufetta lo fece accomodare sul tavolo di casa, parlarono del più e del meno, bevvero il thè e si salutarono stringendosi la mano…Stufetta notò una cosa strana: la Temperatura che Misurello registrò quando lo tenne stretto nella mano cambiò…ma come? Nel 1986 nasce Misurello, il sensore pazzerello che, essendo nero, lungo e sottile, assomiglia ad un serpentello. Misurello, toccando gli oggetti, la loro temperatura può misurare e si diverte molto a farlo perché così tanti nuovi amici può incontrare. Se la temperatura vogliamo guardare, basta ad un computer Misurello collegare. 14
Dopo essersi ricordata di questo strano episodio, Stufetta si è seduta per pensare all’evoluzione temporale della temperatura che Misurello rileverebbe se lo potesse prendere e stringere fra le sue mani ancora una volta. “Se prendessi e tenessi in mano Misurello, come evolverebbe nel etmpo la temperatura da lui rilevata?“
Le risposte si possono rappresentare graficamente, sapendo che: sull’asse verticale registri i gradi centigradi, quindi la TEMPERATURA
sull’asse orizzontale registri i secondi, quindi il TEMPO 1) 2) T T
3) T
t t t 1)se disegni un tracciato 2)se lo disegni “in discesa” 3) se fai così significa “in salita” significa che significa che la temperatura che la temperatura la temperatura aumenta diminuisce rimane costante
PREVISIONE Disegno qui la mia previsione sull’evoluzione temporale della temperatura rilevata da Misurello! Temperatura
tempo
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Ora Misurello al computer collego e la temperatura rilevo: prendo e stringo tra mie mani Misurello ed osservo come cambia la temperatura che rileva. Poi lo disegno in questo grafico! G1 Temperatura
tempo
Qual è la temperatura del tavolo?
Qual è la temperatura della mano?
Felice e soddisfatta della sua ultima scoperta, Stufetta la scrive sul suo quaderno personale col titolo di: Evoluzione temporale del sensore preso in mano. Mi sono fatta delle idee in merito alle differenze tra quello che può sentire il mio dito (senso del tatto) e ciò che rileva il sensore. V4 So che il dito sente… V5 So che il sensore misura…
MASSE D’ACQUA UGUALI Stufetta corre subito dal sindaco del paese Totò, per raccontargli la sua ultima scoperta. Totò poi scriverà le ultime scoperte su Scoper topoli: il libro delle scoperte trovate dagli abitanti di Termologia.
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Totò apre il libro e, prima di scrivere l’ultima scoperta, chiede a Stufetta di leggere le ultime due, perché non se la ricordava… (la moglie del sindaco, Carolina, già da un po’ suggerisce al marito di mangiare più pesce che contiene fosforo, utile alla memoria perché si è resa conto che Totò si dimentica spesso le cose)… Torniamo alle due ultime scoperte fatte dagli scienziati di Termologia. La prima inizia in questo modo: “Due masse d’acqua uguali di Temperature differenti, messe ad interagire termicamente…”© …La lettura di Stufetta si interrompe…la pagina del libro ha un buco…è rotta! Gli occhi di Totò si alzano verso Stufetta, poi verso la pagina del libro e si riempiono di fiamme luccicanti…è furioso! “Chi è stato? Chi ha rotto la pagina del libro? Voglio assolutamente che il colpevole venga trovato! Stufetta, telefona subito alla Polizia!” urla Totò.
STUFETTA: “Sì, sì, sindaco, lo farò subito” ”Qui parla il Commissario Rex, chi mi vuole?”
STUFETTA:
sono la signora Stufetta, una pagina del libo rotta. Il sindaco vuole
“Salve, chiamo per avvisare che Scopertopoli è stata trovare il colpevole”
ILCOMMISSARIO REX : “Bene, manderò subito una pattuglia ad ispezionare Termologia”
Due giorni dopo, il Commissario Rex bussa alla porta del comune, il sindaco apre e un sorriso illumina la sua grande faccia: il pezzo di pagina mancante è stato trovato!! ©
l’interazione termica è quel processo che vede due oggetti, due corpi o due sistemi fisici, che si toccano per un po’ di tempo (entrano in contatto) e, alla fine di tale periodo di tempo, misurano la stessa temperatura. 17
Totò ricompensa il Commissario Rex regalandogli un termometro rosso e giallo, appena costruito. Felice di aver recuperato la pagina mancante, Totò, chiude in fretta la porta, si mette a sedere sulla sua poltrona preferita, accende la luce a forma di termometro e apre Scoper topoli, andando di corsa a pagina 189 per unire i due pezzi di carta che, come per magia, si incollano al solo contatto! Finalmente il sindaco di Termologia, può leggere le ultime scoperte! “Il nostro amico Gigi, uno scienziato che abbiamo catturato, Cicci e Pucci ci ha presentato: 2 contenitori con uguali masse d’acqua (100 g), ma a temperature diverse.
T = 60°C
T = 20°C
Cicci, il contenitore contenente acqua a temperatura maggiore (60°C) viene immerso dentro Pucci, il contenitore contenete acqua a temperatura inferiore (20°C). Gigi immerge: vuole sapere qual è l’evoluzione temporale della temperatura di Temperella e Misurello (Temperella è la sorella di Misurello: anche lei sensore)
In questo grafico disegno la mia PREVSIONE, prima di eseguire l’esperimento! Temperatura
tempo
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Gigi avvia la misura dei due sensori che sono già immersi nei due contenitori. Vuole rilevare la temperatura delle due masse d’acqua e osservarne l’ evoluzione temporale. In questo grafico rappresento l’ OSSERVAZIONE: G2 Temperatura
tempo Tra il grafico di previsione con quello di osservazione ci sono delle analogie delle differenze? ANALOGIE DIFFERENZE
MASSE D’ACQUA DIVERSE Cicci e Pucci ora contengono masse d’acqua diverse che misurano temperature differenti: Cicci: 100 g d’acqua a circa 71°C Pucci: 200 g d’acqua a circa 24°C Cicci, il contenitore con acqua a temperatura superiore, viene immerso in Pucci, il contenitore con acqua a temperatura inferiore
Misurello e Temperella si immergono nell’acqua. Come evolverà la temperatura ancora non lo sanno. In questo grafico disegno la mia PREVISIONE :
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Temperatura
tempo Gigi avvia la misura dei due sensori che sono già immersi nei due contenitori. Vuole rilevare la temperatura delle due masse d’acqua e osservarne l’ evoluzione temporale. In questo grafico rappresento l’ OSSERVAZIONE: G3 Temperatura
tempo Gigi controlla se i due grafici, di previsione e di osservazione, mostrano delle analogie e/o delle differenze ANALOGIE DIFFERENZE
Dopo aver eseguito i due esperimenti, Gigi si è annotato delle riflessioni: Mi sono fatto delle idee sull’interazione termica di masse d’acqua uguali e sull’interazione termica di masse d’acqua diverse. Ho adoperato il concetto di massa per verificare cosa succede all’interazione di masse d’acqua uguali e quello di masse d’acqua diverse. Nell’interazione termica di masse d’acqua è molto importante il ruolo della massa perché da esso dipende il valore della temperatura finale.
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V6 Quando ho misurato col sensore la temperatura di equilibrio di 2 masse d’acqua uguali, ho visto che la temperatura finale, rispetto alle due temperatura di partenza è………………………………………………… V7 Quando ho misurato col sensore la temperatura di equilibrio di 2 masse d’acqua diverse, ho visto che la temperatura finale è più vicina alla temperatura della massa……………………………………………. L’interazione termica è quell’azione che porta 2 oggetti, 2 corpi o, detto in parole da fisici, 2 sistemi, a mettersi d’accordo sullo stato termico. Durante il periodo dell’interazione termica, il corpo più caldo scalda quello più freddo e lui si raffredda, finché i 2 oggetti, corpi o sistemi, raggiungono la stessa temperatura
Arriva Dicembre e tanta soffice e bianca neve imbianca meravigliosamente tutto il paesaggio di Termologia. Si avvicina anche il Natale e la famiglia del sindaco invita a cena tutte le famiglie del paese per festeggiare le festività ed aspettare Babbo Natale. Il sindaco promette una cena da leccarsi i baffi e vino a volontà. In cambio chiede agli esperimenti divertenti da provare
ospiti tante scoperte nuove ed tutti insieme, dopo cena.
Lasagne, gnocchi, prosciutto, involtini, patate, carote, bistecche, purè, tagliolini, arrosto, insalata, pomodori gratinati; sorbetto e panettone. Ecco il momento del caffè e del torrone; la cena, finalmente, si è conclusa! Tutti gli ospiti si riuniscono nel mega salone per gustare le grappe e i digestivi analcolici (per i bambini!). C’è chi beve l’ultimo bicchiere e chi mangia l’ultimo mandarino; arriva così il momento di provare gli esperimenti e le scoperte nuove. Le mogli sparecchiano la lunga tavola imbandita a festa mentre i mariti e i figli recuperano tutti gli oggetti e gli strumenti necessari per l’esecuzione degli esperimenti. Il sindaco apre Scoper topoli per scrivervi subito le scoperte che, da lì a poco, verranno fatte! La casa è tutto un fermento!
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RISCALDAMENTO DI MASSE D’ACQUA Acquolina, figlia di Massaio, costruttore di masse, dal suo zaino estrae 3 contenitori (Sissi, Cicci e Pucci) e chiede a Stufetta l’ ultima sua invenzione: un fornello elettrico regolabile con manopola (Scalderello). Acquolina e stretta riempiono i 3 contenitori con dell’acqua: tutti gli occhi degli ospiti sono incollati sui tre contenitori e sulle mani delle due donne che si preparano a svolgere l’esperimento. Da un bambino viene notata una cosa strana: le quantità d’acqua versate nei 3 contenitori sono tutte diverse. Acquolina e Stufetta appoggiano i 3 contenitori sul fornello e lo accendono: vogliono scoprire se la velocità con cui l’acqua si riscalda dipende dalla sua massa. Inizia Acquolina: “ Appoggiamo Sissi, Cicci e Pucci sul fornello Scalderello che, una volta acceso, scalderà le 3 masse d‛acqua per circa 15 minuti”
Sissi contiene 200g d’acqua Cicci contiene 300g d’acqua Pucci contiene 400g d’acqua PREVISIONE: “I 3 sensori sono ora scollegati, ma lo stesso prevediamo come le temperature delle tre masse d‛acqua evolveranno nel tempo”
Temperatura
tempo “Ora accendiamo 3 sensori: Spilunghello, Temperello e Misurello (Spilinghello è il cugino degli altri due: anche lui esperto sensore!) Immergiamoli nei 3 contenitori che stanno sul fornello!” 22
VERIFICA: “Disegnamo il grafico relativo all‛evoluzione temporale della temperatura di Sicci, Cicci e Pucci”
G4
Temperatura
tempo
Stufetta prosegue: “cari amici, se non siete troppo pasciuti per l‛abbondante cena, provate a riflettere su queste domande”:
Ci sono delle analogie e delle differenze tra il grafico di previsione e quello di osservazione? ANALOGIE DIFFERENZE
“Cari cittadini di Termologia, stasera ci siamo fatti delle idee sul riscaldamento di masse d‛acqua diverse scaldate sul fornello. Abbiamo visto che le temperature delle 3 masse d‛acqua sono”:
V8 q q
Tutte uguali Tutte diverse
La massa d’acqua influisce sulla velocità con cui l’acqua si riscalda, ma in ogni caso, l’acqua raggiunge il punto di ebollizione. L’acqua di massa minore raggiungerà il bollore in meno tempo rispetto alla massa maggiore, ma entrambe bolliranno.
LA CONDUCIBILITA’ TERMICA È il turno di Cubetta, moglie di Massaio, costruttrice di uguali cubetti di alluminio. Ne costruisce 3 al giorno. Ha portato con sé la sua bacchetta 23
magica con cui fa comparire due fogli di uguale spessore, uno di alluminio, l’altro di carta. Cubetta chiede aiuto a Stufetta per iniziare l’esperimento. Cubetta: “giochiamo con Tati, Teti e Titi, 3 cubetti d‛alluminio con in testa un forellino. Guardate bene: Titi e Tati sul banco vengono lasciati, Teti invece, viene posto in un recipiente e a bagno maria riscaldato”
Raggiunta la temperatura desiderata, Teti viene tolto dal contenitore e a contatto con gli altri 2 cubetti viene messo. I 3 cubetti vengono collocati su facce opposte e, fra il cubetto a temperatura maggiore e ciascuno di quelli a temperatura ambiente, rispettivamente, un foglio d’alluminio e uno di carta vengono inseriti.
alluminio carta “Se nei fori di Tati e di Titi inseriamo Misurello e Temperella, che cosa ci mostreranno? Presentate la vostra PREVISIONE!”
Temperatura
tempo “Fin‛ora il computer era spento, ma ora lo accendiamo. Inseriamo nei fori i due sensori ed osservaimo la temperatura che rilevano: OSSERVAZIONE”
G5 Temperatura tempo “Cari amici, confrontando il grafico di previsione con quello di osservazione, delle analogie e/o delle differenze?”
UGUAGLIANZE DIFFERENZE 24
V12 “a cos‛è dovuta l‛evoluzione temporale della temperatura rilevata dai sensori inseriti in TATI e TITI?”
“Cari amici, vi ringrazio per aver seguito l‛ esperimento che ho eseguito! esclama Cubetta – domani lo scriveremo su Scopertopoli. Stasera ci siamo fatti delle idee sul concetto di conducibilità termica di un materiale: la capacità di far riscaldare più o meno rapidamente un sistema da parte di un altro. Un materiale che ha una grande conducibilità termica viene chiamato conduttore, un materiale che ha una piccola conducibilità si chiama isolante”
V13 La carta è un materiale… V14 L’alluminio è un materiale… Se ci pensate bene, d’inverno ci vestiamo con vestiti di….? Di lana vero? E sì, proprio così. Indossiamo abiti di lana perché è un materiale che si comporta come la carta fra i cubetti: non lascia passare il calore. Con la lana il nostro corpo rimane al caldo perché essa ha la capacità di non far “uscire” il calore del nostro corpo. Sapendo questo, sareste in grado di dire perché d’estate ci vestiamo con abiti di cotone? La serata si conclude felicemente e gli scienziati di Termologia rientrano nella loro case, soddisfatti della cena e delle scoperte fatte. Il giorno dopo, quando Totò si sveglia e vede la soffice neve candida, corre in camera di Tom per proporgli di fare un bel giro in slitta! Papaà e figlio si vestono, fanno colazione e salgono sulla cima più alta del Termologia, ruzzolando sulle valli innevate… …Come si divertono!! Nel frattempo, a Margherita e Carolina preparano un succulento dolce al gelato, usando come principale ingrediente…la neve! Che idea strana! Margherita e la mamma escono di casa per fare scorta di neve e la raccolgono con le mani. Rientrano in casa per depositare nella terrina la neve raccolta, ma…la neve non c’è più! Cos’è successo? 25
Un certo Lubrano esclamerebbe: “Una domanda nasce spontanea…ma con il r iscaldamento l’unica cosa che cambia è la temper atur a (che aumenta)?” IL GHIACCIO FONDE Margherita e Carolina aprono velocemente il prontuario “Ciò che va saputo in caso d’emergenza” che tutti i cittadini di Termologia possiedono. Mamma e figlia cercano l’esperimento che spieghi il fenomeno da loro appena osservato…. Trovato: il ghiaccio fonde! Leggono: “Ciao!
Mi chiamo Artura, sono un contenitore con dell’acqua” e vorrei che mi mettessi nel congelatore.”
Artura nel congelatore fanno andare, così l’acqua, ghiaccio, diventerà!
Come diventerà il ghiaccio tra mezz’ora? FANNE UN DISEGNO!
Ogni 5 minuti ripeti la misura della temperatura del ghiaccio alle ore: la temperatura del ghiaccio è uguale a: alle ore: la temperatura del ghiaccio è uguale a: alle ore: la temperatura del ghiaccio è uguale a: VERIFICA: cosa è successo al ghiaccio? V15 26
Cos’è accaduto alla temperatura misurata dal sensore quando il ghiaccio: V16 1. il ghiaccio è stato appena tolto dal congelatore?
2. il ghiaccio sta fondendo?
3. il ghiaccio è completamente fuso?
In fondo alla pagina del prontuario, c’è uno spazio per i bambini dove possono disegnare le 3 fasi principali del processo di fusione del ghiaccio. FASE 1 FASE 2 FASE 3
Margherita e la mamma decidono di porre rimedio alla torta che non si può più cucinare, preparando un thè caldo. Mentre si apprestano a farlo, intonano una simpatica canzoncina natalizia: 27
“ I wish you a merry Christmas, I wish you a merry Christmas, I wish you a merry Christmas and ahappy new year!” BRRRRRRRR! MRRRRRRRRR! FRRRRRRRRRRRR! Che rumore strano e fastidioso! È quello degli spargi sale che corrono sulle strade ghiacciate. Ma perché si sparge il sale sulle strade imbiancate? FONDERE A BASSE TEMPERATURE Su questo cubetto di ghiaccio che chiamiamo Daccio, spargi del sale grosso da cucina.
Cosa accadrà al cubetto di ghiaccio? PREVISIONE. Illustra con un disegno cosa ti aspetti che accada.
Ora il sale sul cubetto spargiamo! Che cosa si osserva? V17 28
Grazie a Daccio, ci siamo fatti delle idee sul modo in cui possiamo far trasformare l’acqua in ghiaccio e su come il ghiaccio si trasforma in acqua. Abbiamo capito che la temperatura dell’acqua e quella dell’acqua (messa nel congelatore e) diventata ghiaccio sono diverse. V18 L’acqua a temperatura ambiente è solida o liquida? V19 L’acqua messa nel congelatore diventa… V20 Il ghiaccio è solido o liquido? V21 Il ghiaccio ha una temperatura diversa da quella dell’acqua: maggiore o minore? NELLA “ TRANSIZIONE DI FASE” , CIOE’ QUANDO IL GHIACCIO STA FONDENDO, L’ ACQUA E IL GHIACCIO SI TROVANO ALLA STESSA TEMPERATURA, OVVERO A ZERO GRADI CENTIGRADI. È VERO COMUNQUE CHE ACQUA E GHIACCIO HANNO, IN GENERALE, TEMPERATURE DIVERSE, MA CIO’ E’ VERO SOLO SE SI HA LA STESSA PRESSIONE E SE NON SI E’ IN SITUAZIONI DI EQUILIBRIO TERMICO COME SI HA NELLA TRANSAZIONI DI FASE
L’ACQUA CHE BOLLE Finalmente anche quel fastidioso rumore svanisce; Margherita e Carolina preparano il thè: versano l’acqua nel pentolino, lo appoggiano sul fornello, affettano il limone, preparano lo zucchero, tolgono dalla scatola le bustine di thè profumate alla pesca e preparano le tazze. Margherita, guardando l’acqua che si sta scaldando sul fornello, chiede alla mamma: “A che temperatura bolle l‛acqua, mamma?”
La mamma, desiderosa anche lei di conoscere la temperatura di ebollizione dell’acqua, si prepara a fare un bell’esperimento! (In questa fase dell’esperimento la manopola del fornello è girata sul numero 3)
29
“Forza Margherita: immergiamo nell‛acqua un sensore ed aspettiamo il che l‛acqua cominci a bollire!”
Quanto misura la temperatura dell’acqua che sta bollendo? PREVISIONE. “Ora facciamo la prova: l‛acqua sta bollendo, quindi possiamo rilevare la temperatura dell‛acqua” V22 L‛ACQUA BOLLE A :
°C
EBOLLIZIONE DELL’ACQUA Totò e il piccolo Tom rientrano a casa e, con loro, anche Roger, il piccolo consigliere comunale. Tutti sono infreddoliti e vogliono riscaldarsi…BRRR! Si avvicinano alla stufa, strofinano le mani una contro l’altra per riscaldarle, si abbracciano uno con l’altro per scaldare anche i loro esili corpicini….più di ogni altra cosa desiderano bere un buon thè caldo. Tom, il piccolo scienziato, aumenta la fiamma del fornello, convinto che così l’acqua si scaldi prima… Guarda dentro il pentolino e chiede al fratello maggiore: “So che l‛acqua bolle a circa 100°C. Aumentando il riscaldamento all‛acqua, cambia la sua temperatura?”
PREVISIONE: la temperatura dell’acqua o aumenta o diminuisce o rimane costante Roger non lo sa, coaì telefona a Misurello, chiedendogli di venire a casa loro. Glin Glon, Glin Glon! “Misurello è già arrivato, presto fatelo entrare!” Esclama Tom.
MISURELLO: “Buon Natale a tutti voi, famiglia del sindaco di Termologia! Cosa posso fare per voi?”
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TOM: “l‛acqua nel pentolino bolliva. Ho poi aumentato il riscaldamento, girando la manopola del fornello da 3 a 6.
Voglio sapere se la temperatura dell‛acqua è cambiata. Immergiti nel pentolino e fammelo vedere, dopo ti puoi sedere e bere un buon thè, insieme a noi! Forza Misurello, immergiti!”
Dopo aver aumentato il ritmo di riscaldamento, la temperatura dell’acqua è cambiata? VERIFICA. G6 Temperatura
tempo
Misurello, una volta uscito dal pentolino, si rivolge a Tom: Ti sei fatto delle idee su quello che accade alla temperatura dell‛acqua se viene messa a scaldare su un fornello acceso. La sua temperatura aumenta. V23 La temperatura dell‛acqua che bolle è di circa …….°C V24 Se si aumenta il ritmo di riscaldamento del fornello, la temperatura dell‛acqua cosa fa?
Disegna qui sotto gli elementi che caratterizzano la fase in cui l‛acqua è calda (e magari fumante) e in cui l‛acqua bolle QUANDO L‛ACQUA E‛ CALDA
QUANDO L‛ACQUA BOLLE
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…prova anche tu, caro lettore a mettere in pratica gli esperimenti degli scienziati di Termologia!
Pr ocur ati un quader no ad anelli e usalo per r accoglier e e documentar e le tue esper ienze, r egistr ando le osser vazioni e ciò che hai impar ato ogni volta. La pr ima pagina sar à la coper tina, con il titolo, il tuo nome e un disegno diver tente. Usa le pagine successive come schede, dove tr ascr iver e i var i esper imenti. Adoper a una 32
pagina nuova per ogni esper imento e r icopia su ognuna lo schema illustr ato in questa pagina. SCHEDA DI OSSERVAZIONE Titolo dell’esperimento Data Ora Durata Luogo Elenco dei materiali con misure, caratteristiche e quantità
Elenco strumenti
Sequenza delle azioni
Osservazioni Risultati Conclusioni Difficoltà incontrate
Eventuali sorprese
Conclusioni generali ECCO LE RISPOSTE ALLE DOMANDE CHE I PERSONAGGI DI TERMOLOGIA HANNO POSTO…TROVERAI ANCHE I GRAFICI DI OSSERVAZIONE, COSI’ LI PUOI CONFRONTARE CON QUELLI CHE HAI RAPPRESENTATO TU. 33
D1: sì, ho sentito diverse sensazioni termiche, perché gli oggetti che ho toccato sono costituiti da differenti materiali. D2: uguaglianze: la forma dei due cubetti, il materiale di cui sono costituite le lame delle forbici e la lama del temperino (acciaio). Differenze: il materiale, la forma e il colore delle forbici, dei cubetti, del temperino, del lembo di cotone, della sfera di vetro e della gomma da cancellare. D3: le diverse sensazioni termiche che ho provato sono dipese dal materiale.
V1: classifica dei bottoni di diverso materiale, da quello sentito più freddo a quello sentito più caldo: 2,3,4,1. V2: classifica dei bottoni di massa crescente, da quello sentito più freddo a quello sentito più caldo: 3,2,1. V3: uguale per tutti i bottoni. V4: uguale per tutti i bottoni. V5: la temperatura è la stessa per tutti i bottoni. V6: la temperatura di Hit è di circa 24°C (la temperatura dell’ambiente), la temperatura di Hot è di circa 4°C (la temperatura del frigorifero) e la temperatura di Hat è di circa 30°C (la temperatura del termosifone). V7: il dito percepisce la sensazione termica, ovvero il salto di temperatura tra la temperatura del mio corpo e quella dell’oggetto che il dito tocca. V8: il sensore misura la temperatura del corpo che tocca. V9: la temperatura finale nell’interazione di due masse d’acqua uguali equivale alla metà delle due temperature iniziali. Per calcolarla si esegue questo calcolo: 60° + 20° / 2. V10: la temperatura finale nell’interazione di masse d’acqua diverse è più vicina alla temperatura iniziale della massa d’acqua maggiore, rispetto alla temperatura iniziale della massa d’acqua minore. V11: tutte diverse 34
V12: l’evoluzione temporale dei due cubetti lasciati sul banco è dovuta all’alluminio (che ha fatto scaldare più velocemente Tati) e alla carta (che ha fatto riscaldare più lentamente Titi). V13: la carta è un materiale isolante. V14: l’alluminio è un materiale conduttore. V15: il ghiaccio si è fuso. V16: quando il ghiaccio è stato appena tolto dal frigo, misurava una temperatura di 0°C. Quando il ghiaccio stava fondendo, misurava una temperatura pari, sempre, a 0°C. Quando il ghiaccio era completamente fuso, misurava ancora una temperatura pari a 0°C. V17: dopo aver sparso il sale, osservo che il cubetto di ghiaccio comincia a fondere. V18: l’acqua a temperatura ambiente è liquida. V19: l’acqua messa nel congelatore diventa ghiaccio. V20: il ghiaccio è solido. V21: il ghiaccio ha, normalmente, (non in condizioni di equilibrio termico e se si ha la stessa pressione) una temperatura minore rispetto a quella dell’acqua. V22: l’acqua bolle a circa 100°C (95.8°C all’altezza di Gonars). V23: la temperatura dell’acqua che bolle è di circa 100°C (ma ciò dipende dalla pressione atmosferica e dall’altitudine del posto in cui misuri la temperatura dell’acqua che bolle). V24: la temperatura non cambia, rimane costante.
G1: TEMPERATURA DEL SENSORE PRESO E TENUTO IN MANO
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G2: EVOLUZIONE DELLA TEMPERATURA NELL’INTERAZIONE DI 2 MASSE D’ACQUA UGUALI
G3: EVOLUZIONE DELLA TEMPERATURA NELL’INTERAZIONE DI 2 MASSE D’ACQUA DIVERSE
G4: RISCALDAMENTO DI DIVERSE MASSE D’ACQUA
G5: LA CONDUCIBILITA’ TERMICA 36
G6: TEMPERATURA DI EBOLLIZIONE DELL’ACQUA
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