7. L'Energia

Richiami teorici

L'energia è una grandezza fisica fondamentale, nel quadro concettuale della disciplina oltre che nella vita quotidiana, perché gode di alcune caratteristiche importanti:

1. può assumere forme diverse,
2. può passare da un corpo all'altro,
3. può trasformarsi da una forma all'altra,
4. può essere immagazzinata,
5. passando o trasformandosi fa cose utili,
6. passando o trasformandosi si conserva,
7. di conseguenza l'energia non si può creare né distruggere,
8. tuttavia ci sono forme di energia più utili di altre,
9. di conseguenza ci sono dei costi energetici, legati al fatto che costa avere a disposizione energia in forma utilizzabile.

La conservazione dell'energia è una legge ancora più rigorosa della conservazione della massa, perché è legata a una legge di invarianza più fondamentale (l'invarianza sotto trasformazioni nello spazio-tempo). Ma, accanto alla conservazione, è altrettanto importante, non solo nella vita quotidiana ma anche dal punto di vista dei concetti fisici fondamentali, la degradazione dell'energia, perché è legata al fatto che non tutte le forme di energia sono ugualmente utili e che in ogni trasformazione, passaggio o accumulo, una parte di energia inevitabilmente se ne va in forme che non sono facilmente utilizzabili. Conservazione e degradazione sono quindi i due concetti chiave da avere ben presenti nel parlare di energia, oltre ovviamente alla definizione stessa di energia.

In fisica, ci sono due modi classici di giungere a definire l'energia, attraverso due forme diverse, l'energia meccanica e l'energia termica. Entrambi i modi sono ben adattabili all'introduzione di questa grandezza a livello di scuola primaria: in questa lezione approfondiremo l'approccio attraverso l'energia meccanica.

Partiamo dall'analisi di che cosa si deve fare per mettere in moto un qualunque oggetto che prima era fermo. Ricordando quanto detto nella lezione sulle forze, occorre ovviamente l'intervento di una forza: il primo esercizio da fare è quindi individuare le forze che intervengono. Prendiamo un esempio semplice: voglio sollevare un oggetto che è sul pavimento e metterlo su un tavolo (figura 1). Finché l'oggetto è fermo, sul pavimento prima e sul tavolo poi, c'è la forza esercitata dal piano d'appoggio che fa equilibrio alla forza-peso, per cui l'oggetto non cade, ma, per tutto il percorso in cui l'oggetto è a metà strada, debbo provvedere io a fornire, con la mia forza muscolare, una forza sufficiente per equilibrare la forza-peso.

La forza che interviene è, in questo caso, la forza muscolare: senza il suo intervento infatti, l'oggetto sarebbe rimasto sul pavimento e, da parte mia, per applicarla, io ho fatto una certa fatica. Il termine scientifico per indicare questa fatica è lavoro.

Figura 1

Il lavoro è una grandezza fisica importante, perché caratterizza ciò che avviene complessivamente in un caso di questo tipo, in cui si applica una forza per sollevare un oggetto. È evidente infatti che il lavoro non dipende solo dalla forza che occorre applicare, ma anche dal tratto per cui la si deve applicare: sarebbe ben diverso se si dovesse alzare l'oggetto per metterlo solo su una sedia oppure per metterlo sulla cima di un armadio! Quindi il lavoro è il prodotto della forza per la lunghezza del tratto di percorso in cui la forza agisce (per essere precisi, occorrerebbe specificare che importa solo la lunghezza del tratto lungo la direzione in cui agisce la forza: nel caso della figura, poiché la forza muscolare agisce nella direzione verticale ciò che conta è il percorso verticale, che è pari all'altezza del tavolo).

Lavoro ed energia

Vediamo ora che cosa ci ha guadagnato l'oggetto dal lavoro fatto da chi lo ha sollevato e messo sul tavolo. Dal punto di vista delle forze, non è cambiato nulla, perché le forze a cui è soggetto sono le stesse di quando era sul pavimento, però, sul tavolo, si trova in una situazione diversa perché ha acquistato una capacità che prima non aveva. Se infatti gli togliessi il sostegno del tavolo, l'oggetto cadrebbe giù, cioè si metterebbe in moto, con una velocità via via maggiore fino a quando arriva a terra. Siamo di nuovo in una situazione simile alla precedente: abbiamo di nuovo una forza -questa volta si tratta della forza-peso- che mette in moto l'oggetto e agisce per tutto il tratto di percorso che l'oggetto fa cadendo, cioè dal tavolo al pavimento, e quindi fa un lavoro. Ciò che l'oggetto ha guadagnato, quando è stato sollevato fino al tavolo, è quindi la capacità di fare lavoro: questa capacità di fare lavoro è l'energia.

Questo modo di arrivare alla definizione di energia è molto formale, però ci permette di ottenere due risultati importanti: ritrovare facilmente le caratteristiche dell'energia che abbiamo elencato all'inizio della lezione e capire le unità di misura dell'energia. Coi bambini, l'approccio dovrà essere necessariamente diverso e ne parleremo nelle note didattiche. Vediamo anzitutto di ritrovare alcune caratteristiche dell'energia, partendo da questa definizione dell'energia come capacità di fare lavoro, e di fare alcuni commenti sulle altre.

a) L'energia ha forme diverse. Nell'esempio di figura 1, abbiamo già due forme di energia:

• l'energia muscolare: per sollevare l'oggetto non basta applicare la forza muscolare, ma bisogna anche applicarla per tutto il tratto dal pavimento al tavolo e per fare il lavoro necessario occorre avere dell'energia, che è appunto, in questo caso, l'energia muscolare;
• l'energia che ha l'oggetto quando sta sul tavolo e che permette alla forza-peso di fare un lavoro quando il corpo cade: in linguaggio scientifico viene chiamata energia di posizione, coi bambini potremmo chiamarla più semplicemente l'energia dello stare in alto.

Individueremo altre forme di energia negli esempi che faremo in seguito o nelle prossime lezioni. Un modo di scoprirle è di pensare ai tipi di forza, perché tipi diversi di forza sono spesso associati a tipi diversi di energia: ad esempio l'energia elastica è associata alla forza elastica, l'energia di posizione è associata alla forza-peso, ecc. Tuttavia forza ed energia sono due grandezze ben diverse e l'esempio che abbiamo discusso ne mette bene in evidenza la differenza: per sollevare l'oggetto dal pavimento fino al tavolo occorre sia la forza muscolare che l'energia muscolare, se invece lasciassi fermo l'oggetto a mezz'aria non mi servirebbe l'energia, mi basterebbe la forza per equilibrare la forza-peso (anzi potrei tranquillamente sostituire la forza muscolare con una qualunque forza esercitata verso l'alto da un piano di appoggio, come quella esercitata dal pavimento!).

b) L'energia può passare da un corpo all'altro.

Nell'esempio di figura 1, l'energia passa da chi solleva l'oggetto all'oggetto sollevato. È bene allenarsi a scoprire i passaggi di energia, cercando di individuare le forme sotto cui l'energia passa.

c) L'energia può trasformarsi da una forma all'altra.

Nell'esempio di figura 1, l'energia si è trasformata da energia muscolare a energia di posizione. Non è necessario che l'energia passi da un corpo all'altro per trasformarsi, può trasformarsi anche restando nello stesso corpo: ad esempio, se salendo le scale a piedi si trasforma energia muscolare in energia di posizione. Le trasformazioni sono un modo di scoprire le forme stesse di energia. Ad esempio, se il vaso di fiori di figura 1 cade, perde energia di posizione, perché scende verso il basso, ma la sua energia di posizione si trasforma, durante la caduta, in energia di movimento (che viene chiamata energia cinetica). Come facciamo a saperlo? Nel caso di un vaso di fiori che cade sul pavimento è un po' difficile vederlo, perché il vaso probabilmente si rompe e resta per terra (ma la sua energia cinetica si trasforma in una forma di energia che studieremo in una prossima lezione, cioè in calore). Supponete invece che a cadere sia una palla di gomma elastica, ben gonfia: la palla rimbalzerebbe, fino a tornare circa all'altezza di prima, cioè trasformerebbe nuovamente l'energia di movimento in energia di posizione (anzi, in mezzo, c'è una trasformazione intermedia in energia elastica!): ne deduciamo quindi che l'energia di movimento è una forma di energia.

Abbiamo così trovato un altro modo di scoprire le diverse forme di energia, attraverso le trasformazioni: una volta identificata una certa forma di energia, andiamo a cercare se essa si trasforma in altre forme. Anche l'energia muscolare può trasformarsi in energia di movimento: questo avviene ad esempio quando lanciamo una palla, oppure semplicemente quando camminiamo o corriamo.

d) L'energia può essere immagazzinata.

Nell'esempio di figura 1, l'energia di posizione, che il vaso ha quando sta sul tavolo, è energia immagazzinata: è stata immagazzinata quando il vaso è stato sollevato e lì resta fino a quando il vaso torna a terra. È molto importante poter immagazzinare l'energia, per poterla usare quando e come serve. Un esempio di energia di posizione immagazzinata è quella dell'acqua di una diga di montagna: quando serve, l'acqua viene fatta scendere e l'energia di posizione si trasforma in energia cinetica, con questa forma di energia si mettono in moto le turbine che trasformano l'energia cinetica così acquistata in energia elettrica. Anche l'energia muscolare che è servita per sollevare il vaso è una forma di energia immagazzinata nei muscoli: viene immagazzinata usando l'energia chimica dei cibi e resta nel muscolo fino a quando ce n'è bisogno per comunicarla a un altro corpo o per trasformarla in altre forme. Anche l'energia chimica dei cibi è energia immagazzinata?. e così via: è una lunga catena ininterrotta, lungo cui l'energia può scorrere, trasformarsi o restare immagazzinata: è appunto la catena energetica (ne discuteremo in uno degli esempi che proponiamo, quello sul serpentone energetico).

e) Passando o trasformandosi l'energia fa cose utili.

Abbiamo già citato alcuni esempi di cose utili che si possono fare con i passaggi o le trasformazioni di energia: muoversi e mettere in moto i corpi, portarli in posizione elevata, produrre energia elettrica, ecc. Altri ne vedremo nel seguito. Tutte le nostre attività sono basate su passaggi o trasformazioni di energia: per muoverci, vedere, ascoltare, mangiare, studiare, viaggiare, o anche solo per respirare, abbiamo sempre bisogno di utilizzare qualche forma di energia, trasformandola oppure prendendola o cedendola ad altri corpi!

f) Passando o trasformandosi l'energia si conserva.

Questo è sostanzialmente un atto di fede, basato sul fatto che noi sappiamo che la conservazione dell'energia è stata verificata in innumerevoli esperimenti, alcuni molto accurati e sofisticati, e sul fatto che essa è legata, come ricordato all'inizio, a una legge di invarianza molto generale. Negli esempi di passaggi o trasformazioni di energia che incontriamo nella vita pratica, alcuni indicano in modo abbastanza intuitivo che l'energia si conserva: ad esempio nel rimbalzo della palla ricordato poco sopra, l'energia si trasforma da energia di posizione a energia cinetica (durante la caduta), da questa a energia elastica (quando tocca terra), per tornare a energia cinetica (quando la palla rimbalza) e infine a energia di posizione (durante l'ascesa) e l'energia di posizione alla fine di tutte queste trasformazioni è molto simile a quella che c'era all'inizio, dato che la palla ritorna circa alla stessa altezza. Tuttavia non ritorna esattamente alla stessa posizione: infatti, dopo un certo numero di rimbalzi si vede chiaramente che la palla perde energia, perché i suoi rimbalzi la portano sempre meno in alto. Ciò è molto più evidente in altri casi, come nel vaso che cade a terra: l'attimo prima di toccare terra il vaso aveva molta energia cinetica, appena toccato terra si ferma bruscamente e sembra perdere tutta la sua energia. Dove finisce l'energia apparentemente persa? Finisce, come discuteremo in una prossima lezione, in calore, cioè in un'altra forma di energia chiamata appunto energia termica, anche se è molto difficile dimostrarlo rigorosamente.

g) Di conseguenza l'energia non si può creare né distruggere.

Questa è una legge che non consente deroghe, quindi, se c'è dell'energia in gioco, possiamo essere sicuri che proviene da qualche sorgente e finisce da qualche parte.

h) Tuttavia ci sono forme di energia più utili di altre.

Su questo punto torneremo dopo aver parlato di energia termica (cioè di calore), perché la tipica energia poco utile è l'energia termica di bassa temperatura. Un esempio è l'energia termica in cui si trasforma l'energia cinetica del vaso di fiori di cui parlavamo poco sopra: se fosse possibile misurarla, si verificherebbe che l'energia cinetica che il vaso aveva l'attimo prima di finire a terra è ancora tutta lì, nel pavimento, che infatti si è scaldato sia pure di molto poco, ma chiaramente non si può far nulla di utile con quel piccolo aumento di temperatura che ha avuto il pavimento!

j) Di conseguenza ci sono dei costi energetici, legati al fatto che costa avere a disposizione energia in forma utilizzabile.

Noi sappiamo benissimo che, per certe forme di energia, dobbiamo pagare un certo costo direttamente in denaro: ad esempio sappiamo che l'energia elettrica costa, perché paghiamo la bolletta, come costa l'energia chimica che c'è nei combustibili come il metano o il gasolio o la benzina oppure nei cibi, perché costa acquistarli. Queste sono forme di energia pregiata, perché ben utilizzabile per trasformarla in energia di moto, energia termica di alta temperatura, energia luminosa, ecc., che sono forme di energia indispensabili per le nostre attività. Il costo energetico è qualcosa di simile al costo in denaro, cioè ci dice quanta energia debbo pagare per avere un certo risultato, tenendo conto di tutta l'energia che andrà perduta in forme non pregiate. Legata al costo energetico è la resa energetica, cioè quanta dell'energia impiegata è effettivamente utilizzabile: ci sono degli esempi di trasformazioni di energia che si prestano abbastanza bene a vedere questi aspetti del costo energetico e della resa energetica, per cui vale la pena portarli all'attenzione dei bambini (ne vedremo alcuni negli esempi).

Unità di misura dell'energia

Nel sistema internazionale, l'unità di misura dell'energia è una unità derivata, ed è l'energia corrispondente a una forza di 1 newton che agisce per 1 metro: quindi l'unità di misura dell'energia è N×m. A questa unità, che è molto importante data l'importanza della grandezza energia, è stato dato un nome speciale, joule (simbolo J) in onore del grande fisico inglese James Joule, vissuto nel secolo scorso, che condusse una serie di importanti esperimenti soprattutto su una delle forme di energia, quella termica.

L'energia di 1J è tanta o poca? Non è molta. Per valutarla, potete pensare che un bambino (massa 20kg, forza-peso 200N) che sale un piano di scale (altezza 3m) consuma almeno 200*3 = 600J! In realtà ne consuma molti di più: il modo corretto di dire è che trasforma 600J di energia muscolare in 600J di energia di posizione?, ma sicuramente ne trasforma almeno il doppio in forme di energia meno utili, come ad esempio l'energia termica. Quindi il costo energetico della sua attività è di almeno 600+1200 = 1800J, e la resa energetica è di 600J /1800J » 0,3.

Energia e potenza

In molte attività, non importa solo l'energia che entra in gioco ma il ritmo a cui l'energia viene erogata, oppure trasformata. Ad esempio, prendiamo due bambini, entrambi di 20kg, che fanno un piano di scale, ma uno impiega mezzo minuto e l'altro un minuto: entrambi spendono la stessa energia muscolare, ma il primo bambino ha chiaramente qualche cosa di meglio del secondo, perché è capace di spendere la stessa energia in metà tempo.

La grandezza fisica che misura l'energia che viene erogata in un certo tempo si chiama potenza. Nel Sistema Internazionale la potenza viene misurata in joule erogati in 1 secondo (J/s): questa unità di misura, che è molto importante nella vita pratica, ha un nome speciale, il watt (simbolo W), in onore di un grande fisico scozzese, che sviluppò, nel secolo diciottesimo, alcune fra le prime macchine a vapore capaci di raggiungere potenze elevate.

Nelle macchine la potenza è molto importante, per sapere quanto tempo occorre per erogare una certa energia: infatti questo è anche una misura del tempo che sarà necessario per ottenere quel certo risultato o quel certo lavoro che la macchina deve fornire. Come conseguenza, la potenza è la grandezza che caratterizza la macchina (ad esempio un'auto, un elettrodomestico, una lampadina, ecc.).

Una potenza di 1 W è tanta o poca? Riprendiamo l'esempio di sopra, del bambino che sale le scale in mezzo minuto: come abbiamo visto, deve erogare 1800 J in 30 secondi, quindi la sua potenza è di 1800 / 30 = 60 watt (come una lampadina di buona intensità!).

Note didattiche

La percezione dell'energia

I bambini hanno intuitivamente una idea di energia meccanica abbastanza vicina alla definizione fisica, nel senso che la associano a situazioni in cui è presente una forza e uno spostamento, anche se non è così chiaramente codificata. Nel loro linguaggio è spesso usata la parola forza per indicare l'energia, proprio perché le forze che percepiscono meglio sono quelle associate a passaggi di energia. Un'altra forma di energia meccanica direttamente percepita è quella di movimento. È appunto l'aggancio alla percezione dell'energia attraverso queste due vie, cioè il movimento e il passaggio da un corpo all'altro, che va sfruttato nell'approccio all'energia.

Gli aspetti importanti, che si possono affrontare soprattutto attraverso il gioco o l'analisi dei giocattoli, sono:

• l'energia è una grandezza fisica, quindi è possibile confrontare e ordinare energie (la misura non è facile, perché è difficile trovare un misuratore diretto);
• l'energia passa da un corpo all'altro (è possibile comunicare o ricevere energia),
• l'energia ha molte forme e può trasformarsi da una forma all'altra,
• è possibile fare delle riserve di energia da spendere al momento giusto per cose utili,
• qualche volta non si riesce a usare bene tutta l'energia.

In questi aspetti è facile ritrovare alcune delle caratteristiche dell'energia che abbiamo elencato all'inizio. Non è chiaramente necessario affrontarli tutti e allo stesso livello.

Energia, forza e potenza

Anche il concetto di potenza, cioè dell'energia erogabile nell'unità di tempo, è presente nel bambino, pur confondendosi spesso con quello di forza e di energia: anzi, spesso, il bambino chiama forza qualcosa che è più simile alla potenza che all'energia o alla forza vera e propria.

Esempio n.1: Un domino un pò speciale ovvero il serpentone dell'energia!

Si facciano dapprima parlare i bambini su argomenti vari inerenti alla vita quotidiana (casa, scuola, mondo degli adulti, media?) e se ne puntualizzino i riferimenti inerenti al tema energia.

Come può essere usato tale termine? In quale contesto? Con quale significato? Dopo avere condotto (ed anche? arginato!) i vari interventi, si possono nominare alcuni tipi di energia, facendo riferimento alla realtà percepibile dai bambini, utilizzando esempi reali di organismi o dispositivi che fruiscono di certe fonti per fare qualcosa .

Per esempio:

• energia muscolare -- ----------------- per muovere le articolazioni del corpo,
• energia chimica (calorie) ---------- dei combustibili oppure dei cibi, per garantire le funzioni vitali dell'organismo,
• energia cinetica ----------------------- delle cose che si muovono,
• energia termica ----------------------- per tenerci caldi,
• energia idraulica (dell'acqua) ------ per muovere le pale di un mulino,
• energia eolica (del vento) ----------- per fare muovere una barca a vela,
• energia elastica ----------------------- per far scattare una molla,
• energia elettrica ---------------------- per accendere una lampadina, per fare funzionare il ferro da stiro o per? (chiederlo ai bambini!)

Contesto: 4a - 5a elementare

Conduzione / Materiali

Si preparino due tipi di cartoncini, sui quali siano stati

• scritti i descrittori (o parole chiave) relativi ai diversi tipi di energia di cui si è parlato (semplificando al massimo la nomenclatura ? calore invece di energia termica, energia di movimento invece di energia cinetica, energia dei cibi invece di energia chimica, ?.);
• disegnati alcuni dispositivi o situazioni ambientali in cui entrano in gioco certi tipi di energia per trasformarla, oppure immagazzinarla.

I bambini saranno divisi in gruppi, in seno ai quali sarà nominato un capogruppo che avrà il compito di agire in qualità di portavoce (dopo avere, ovviamente, ascoltato i pareri dei compagni).

L'insegnante distribuirà un uguale numero di carte-scritte (trattenendone una per sé) e di carte-disegnate a tutti i capogruppo, i quali a loro volta le affideranno ai propri compagni che le disporranno bene in vista davanti a sé, in attesa di utilizzarle (in questo modo i componenti degli altri gruppi, anche quando non è il proprio turno di giocare, possono immaginare la mossa che farebbero in una data situazione). Dopo che l'insegnante avrà posto sul tavolo per prima la propria carta-scritta, il gioco si svolgerà rispettando le seguenti regole:

1. il primo capogruppo destinato a giocare, calerà una carta-disegnata abbinandola al tipo di energia indicata dalla carta-scritta che si trova già sul tavolo (altrimenti passerà il gioco al gruppo successivo);
2. il gruppo successivo calerà la carta-scritta che esprimerà il tipo di energia che il dispositivo rappresentato dalla carta in tavola è in grado di fornire oppure utilizzare o trasformare o immagazzinare (altrimenti passerà il gioco o si attaccherà in modo analogo all'altro lato del serpentone);
3. a turno, quindi, ogni capogruppo calerà sul tavolo una carta (alternando scritti e disegni) con le modalità di collegamento di cui sopra.

Volendo, si possono attribuire punti di penalità in quei casi in cui un gruppo passa il gioco anche se possiede la carta adatta per proseguirlo. Vincerà allora il gruppo che avrà collocato per primo tutte le carte e senza avere accumulato penalità.

Esempio di serpentone (i dispositivi sono scritti in grassetto): elettricità / ferro da stiro / calore / pentola con cibo / energia dei cibi / bimbo che mangia / energia muscolare / giocattolo che si muove / energia di movimento?..

Fisica del fenomeno

Questa attività/gioco ben si presta ad introdurre e/o approfondire le proprietà dell'energia, che:

• passa (da un corpo ad un altro, per esempio il calore si trasmette dalla fiamma alla pentola e al suo contenuto);
• si trasforma (dopo un po' che il televisore resta acceso, la sua armatura si riscalda);
• si accumula (girando la chiavetta di un giocattolo a carica, la molla che si trova al suo interno trattiene energia di tipo elastico per poi restituirla sotto forma di energia di movimento);
• (bisognerebbe aggiungere pure che l'energia si conserva ma, come è già stato detto, questo concetto è prematuro per i bambini di questa fascia d'età).

La presentazione del gioco e delle modalità del suo svolgimento consentiranno ai bambini di comprendere che nulla può funzionare senza che ci sia qualcosa che lo alimenta nonché di fare una lettura della realtà naturale e tecnologica circostante in chiave energetica.

Obiettivi

A livello logico

A livello espressivo

Valutazione

Figura 1

Quaderno di laboratorio

Ai bambini si potrà chiedere di ricopiare sul quaderno il serpentone dell'energia alla fine di ogni percorso compiuto, arricchendolo magari con frase di qualche commento. Per parte sua l'insegnante annoterà, oltre alle variazioni apportate alla conduzione della lezione rispetto alla propria programmazione, anche gli interventi verbali dei bimbi. La rilettura dei dialoghi e delle conversazioni avvenute sarà molto utile se fatta con i bambini, per riprendere o approfondire qualche concetto. Per l'insegnante essa costituirà un valido supporto per la valutazione dell'intervento sul proprio fronte.

Esempio n.2: Dimmi come funziona!

Facendo riferimento alle innumerevoli volte in cui sarà capitato ai bimbi di smontare o rompere un giocattolo per vedere com'era fatto dentro, si può prendere lo spunto per proporre una attività simile, ma non così distruttiva e definitiva! Come funziona un certo giocattolo? È possibile capirlo senza comprometterne poi il funzionamento? Possiamo fabbricarne uno simile? Daremo alcune indicazioni generali e poi esemplificheremo su alcuni giocattoli che si trovano facilmente o si possono costruire facilmente. È utilissimo infatti stimolare i bambini a costruirsi il loro giocattolo, magari con l?aiuto dei genitori o di qualche adulto, perché, come già sottolineato a proposito della ?bilancia fai da te?, costruendo si sviluppano non solo le capacità operative e manuali ma anche fortemente quelle logiche, per la forte motivazione a capire a fondo il funzionamento dell?oggetto.

I materiali

Molta cura dovrà essere allora posta nella scelta del tipo di giocattolo da esaminare, evitando quelli il cui principio di funzionamento (la fisica nascosta) è troppo complicato e di spiegazione non adeguata al livello scolare dei bambini; in cui non sia possibile vedere il meccanismo, senza romperlo.

Limitiamoci perciò a giochi in cui il divertimento consista nel raggiungimento di situazioni particolari di equilibrio (trottole, yò-yò?), di movimento (macchinine o altri tipi di veicoli che devono essere caricati con una chiavetta, o mediante frizione, ecc.), evitando di imbarcarci in situazioni che difficilmente possono lasciare un segno, in quanto necessiterebbero di spiegazioni troppo astruse e non adatte al contesto.

La fisica del fenomeno

In ogni gioco andranno scoperti gli aspetti caratterizzanti, cioè le trasformazioni di energia (quindi la forma iniziale e quella finale), i passaggi (da dove proviene o dove va) e, se presente, l'immagazzinamento.

In molti giochi è anche interessante studiare come viene trasmessa l'energia, in particolare quella di movimento, attraverso l'uso di cinghie e ingranaggi. Alcuni giochi si prestano anche ad osservazioni semi-quantitative: ad esempio maggiore è la carica che si dà, più a lungo il giocattolo resta in moto o più lontano va. Questo aspetto -che può essere sfruttato nella conduzione per impostare una gara fra i bambini- è importante perché è uno dei modi di mostrare che l'energia è una grandezza fisica, che si possono confrontare le energie usate, ordinarle, ecc., come per le altre grandezze, anche se non si riesce a misurarle.

Gioco n° 1: il pendolo di Maxwell

Gioco n° 2: lo yo-yò

Gioco n° 3: la giostra a gravità[1]

Gioco n° 4: i pendoli di Newton

Gioco n° 5: il barattolo che torna indietro[2]

Gioco n° 6: il bottone sempre in moto

Gioco n° 7: la pistola a molla

Gioco n° 8: la trottola

Gioco n° 9 : la trottola a molla

Gioco n° 10: la trottola col cappello

Gioco n° 11: la macchinina a frizione

Gioco n° 12: la macchinina a chiavetta

Gioco n° 13: l'elicottero a strappo

Gioco n° 14: l'aeroplano di carta

Gioco n° 15: la girandola

Gioco n° 16: la spirale rotante

Gioco n° 17: la barchetta a vela

Gioco n° 18: il battello a elica[3]

Gioco n° 19: il palloncino a reazione

Gioco n° 20: il razzo[4]

Gioco n° 21: il carillon

Esercizi

1. Proponete qualche giocattolo che faccia riflettere sulle proprietà dell'energia.
   
2. Preparate un serpentone dell'energia con relative carte da gioco.