Esercizi: Fenomeni gravitazionali, elettrici e magnetici

Ti cade il panino e finisce per terra. Quale forza lo ha portato fin lì? Era necessario che qualcosa lo toccasse o lo spingesse verso il basso? Come si chiamano le forze che agiscono senza contatto?

Completa la frase: «La gravità è una forza della natura che attira $\dots$ gli oggetti verso il centro della $\dots$, senza bisogno di $\dots$ con essi».

Togliendoti un maglione di pile in inverno senti degli scricchiolii e noti che i capelli si rizzano. Quale tipo di forza produce questi effetti: gravitazionale, elettrica o magnetica? Agisce per contatto o a distanza?

Marta gioca con due magneti a barra che hanno i poli segnati, come mostrato nella figura.

Che cosa succede se avvicina due poli nord tra loro? E se avvicina un polo nord con un polo sud? Scrivi la regola generale dei poli magnetici.

Che cos'è una bussola e a che cosa è servita per secoli? Perché il suo ago punta sempre approssimativamente verso nord?

Classifica questi fenomeni in base alla forza della natura che li produce (gravitazionale, elettrica o magnetica):

1. a) Una pera si stacca dall'albero e cade.
2. b) Una graffetta rimane attaccata alla calamita del frigorifero.
3. c) Tirando fuori i panni dall'asciugatrice, dei calzini restano attaccati a una maglietta.
4. d) La Luna gira attorno alla Terra senza sfuggire.

I pianeti del sistema solare girano attorno al Sole senza uscire dalle loro orbite. Quale forza li trattiene? Il Sole ha bisogno di toccare i pianeti per attirarli?

Marina avvicina un magnete a una puntina da disegno e questa «salta» verso il magnete prima di toccarlo, come mostrato nella figura.

1. a) Come chiamiamo le forze che, come questa, agiscono senza che ci sia contatto?
2. b) Salterebbe allo stesso modo una puntina di plastica? Perché?

In classe strofiniamo due bacchette di plastica con lo stesso panno e ne appendiamo una a un filo. Avvicinando la seconda bacchetta, quella appesa si sposta, come mostrato nella figura.

1. a) Le bacchette si attraggono o si respingono?
2. b) Che cosa indica il risultato sul segno delle loro cariche?
3. c) Di che tipo è la forza che osserviamo?

Avvicini un palloncino che hai strofinato con la lana a un filo sottile d'acqua del rubinetto e l'acqua si curva verso il palloncino, come mostrato nella figura.

1. a) Quale tipo di forza devia l'acqua?
2. b) Perché diciamo che agisce a distanza?
3. c) Il getto si curverebbe se il palloncino non fosse stato strofinato? Giustificalo.

Una bilancia da cucina di $1\ \text{kg}$ viaggia sulla Luna.

1. a) Ha ancora $1\ \text{kg}$ di massa lassù?
2. b) Pesa lo stesso sulla Luna e sulla Terra?
3. c) Spiega con parole tue la differenza tra massa e peso.

Sulla Luna la gravità è circa $6$ volte minore che sulla Terra. Con la tua migliore spinta riesci a sollevare i piedi di $30\ \text{cm}$ da terra sulla Terra.

1. a) Quale altezza raggiungeresti sulla Luna con la stessa spinta?
2. b) Spiega perché gli astronauti avanzavano facendo dei «saltelli» sulla superficie lunare.

Teo muove una graffetta sopra il tavolo facendo scorrere un magnete sotto il piano, senza mai toccare la graffetta, come mostrato nella figura.

1. a) Quale tipo di forza agisce sulla graffetta?
2. b) Nomina un'altra forza della natura che agisce anch'essa senza contatto.
3. c) Indica una somiglianza e una differenza tra la forza magnetica e la forza gravitazionale.

L'ago di una bussola punta a nord, ma avvicinando un magnete potente si sposta dalla sua posizione.

1. a) Perché l'ago si sposta?
2. b) Che cosa ci indica questo sul motivo per cui la bussola punta a nord quando non ci sono magneti vicini?
3. c) Sarebbe affidabile orientarsi con una bussola dentro una scatola piena di magneti?

Durante un temporale, dentro le nuvole si separano cariche elettriche e all'improvviso scocca un fulmine verso il suolo, come mostrato nella figura.

1. a) A quale tipo di forza della natura è dovuto il fulmine?
2. b) Molti edifici hanno un parafulmine: una punta metallica in alto collegata al suolo. A che cosa serve?

Proviamo un magnete con oggetti presi da un cassetto: una graffetta, una biglia di vetro, un cucchiaio d'acciaio, una gomma da cancellare, una vite di ferro e un tappo di sughero.

1. a) Prevedi quali oggetti attirerà la calamita.
2. b) Che cosa hanno in comune gli oggetti attirati?
3. c) Perché diciamo che la forza magnetica è «selettiva» mentre la gravità non lo è?

Confronta le tre forze della natura studiate nel tema (gravitazionale, elettrica e magnetica) rispondendo per ciascuna a queste domande: attira tutti gli oggetti o solo alcuni? Può anche respingere? Ha bisogno del contatto? Concludi facendo un esempio quotidiano per ciascuna.

Immagina che da un giorno all'altro la gravità della Terra diventasse il doppio più intensa. Descrivi e giustifica tre cambiamenti che noteresti nella tua vita quotidiana, pensando per esempio al tuo zaino, allo sport che pratichi o a come cadono gli oggetti.

Sulla superficie di Marte la gravità è circa $3$ volte minore che sulla Terra.

1. a) Se sulla Terra pesi $450\ \text{N}$, quanto peseresti su Marte?
2. b) La tua massa sarebbe cambiata? Giustificalo.
3. c) Ti sarebbe più facile o più difficile sollevare lì il tuo zaino? Perché?

Vuoi verificare come dipende dalla distanza la forza di una calamita. Progetta l'esperimento con una calamita, una graffetta e un righello: spiega che cosa allestiresti, che cosa misureresti, che cosa confronteresti e quale risultato ti aspetti di ottenere.

In pieno temporale, in campagna, conviene evitare certi luoghi.

1. a) Perché è pericoloso ripararsi sotto un albero alto e isolato?
2. b) I parafulmini si collocano nel punto più alto degli edifici e si collegano al suolo: spiega perché proprio quella posizione e quel collegamento.
3. c) Perché pensi che si raccomandi di uscire dall'acqua della piscina o del mare quando c'è un temporale?

Un escursionista ha perso la bussola, ma ha con sé un ago da cucito, una piccola calamita e un tappo di sughero, e può procurarsi un bicchiere d'acqua.

1. a) Proponi un metodo per improvvisare una bussola con questi oggetti.
2. b) Spiega perché l'ago finirà per puntare approssimativamente verso nord.
3. c) Che cosa succederebbe a tutte le bussole del mondo se la Terra smettesse di comportarsi come una calamita?

Dopo aver strofinato un palloncino con un panno asciutto, il palloncino attira i tuoi capelli anche se i capelli non sono carichi.

1. a) Spiega come può il palloncino attirare i capelli senza toccarli.
2. b) Il trucco smette di funzionare dopo un po': dove pensi che vadano le cariche del palloncino?
3. c) Prevedi se l'esperimento funzionerà meglio in una giornata asciutta o in una umida, e motiva la risposta.

Un'astronave viaggia dalla Terra a Marte.

1. a) Quale forza della natura agisce sull'astronave durante tutto il viaggio?
2. b) Allontanandosi dalla Terra, l'attrazione che la Terra esercita sull'astronave aumenta o diminuisce?
3. c) Quando l'astronave sarà molto più vicina a Marte che alla Terra, quale corpo pensi che la attirerà con più forza? Motiva le tue risposte pensando alla massa dei corpi e alla distanza.

Sfida del tema. Progetta il tuo dinamometro fatto in casa e analizza le forze quotidiane nel tuo ambiente.

1. Taratura sperimentale: Appendi un elastico a un supporto fisso. Sospendi da esso diverse masse note usando contenitori con acqua ($50\text{ ml}$, $100\text{ ml}$, $150\text{ ml}$ e $200\text{ ml}$, sapendo che $100\text{ ml} \approx 0,1\text{ kg}$). Misura ogni allungamento $\Delta l$ con un righello annotandone l'incertezza ($\pm 0,1\text{ cm}$) e calcola il peso corrispondente con $P = m \cdot g$ (usando $g = 9,8\text{ m/s}^2$).

2. Elaborazione dei dati: Costruisci una tabella con i tuoi valori e disegna il grafico $P$ in funzione di $\Delta l$ per verificare la legge di Hooke e ricavare la costante elastica $k$. Giustifica perché il sistema raggiunge l'equilibrio delle forze quando il peso si ferma.

3. Forze a distanza: Strofina intensamente una penna di plastica con un indumento di lana e avvicinala a un piccolo pezzo di carta sospeso (oppure avvicina una calamita da frigorifero a una graffetta metallica sospesa). Osserva e spiega come questa interazione elettrostatica o magnetica agisca come agente di cambiamento capace di vincere la quiete a distanza.

Elabora una breve relazione scientifica che includa la tabella dei dati, il grafico e le tue conclusioni motivate.

Verranno valutati:

• Rigore nelle misurazioni casalinghe e indicazione chiara dell'incertezza strumentale.

• Qualità del grafico realizzato e calcolo corretto della costante elastica $k$.

• Giustificazione fisica dell'equilibrio statico e degli effetti delle forze a distanza.