TEWISE MODULUL FORŢĂ ŞI ENERGIE - schule.at

PROIECTUL COMENIUS 2.1
TEWISE
MODULUL
FORŢĂ ŞI ENERGIE
Open and Distance Learning Center
Credis Cãlãras
rasi, România
Credis
Vergilica Micescu Klaus-Nicolae Micescu Mircea Nistor
Călăraşi/Romania
2004
Copyright © 2002-2010 by
Project "TEWISE" for the projectteam
holub@pi-klu.ac.at

Project Tewise
Modulul Forţă şi Energie (12-15 ani)
Modulul Forţă şi Energie se compune din 27 de fişe de lucru: 14 pentru Forţă şi 13 pentru Energie.
Prin diferite activităţi independente şi de lucru în grup, modulul îşi propune folosirea corectă
a celor două noţiuni de către elevi şi înţelegerea sensului acestora.
Se folosesc în mod curent echipamente experimentale construite de către elevi din
materiale recuperabile. Ideea este aceea ca elevii să se familiarizeze cu noţiunile de forţă
şi energie şi să le conştientizeze ca pe ceva obişnuit şi nu ca pe ceva care aparţine unei
lumi speciale a laboratoarelor.
În fişe există şi sarcini de lucru mai dificile care sunt însemnate prin *). Acestea se
adresează elevilor care şi-au făcut un hobby din studiul fenomenelor din natură.
Nu avem pretenţia că aceste fişe de lucru epuizează domeniul. Invităm colegii să creeze
altele pentru îmbogăţirea bazei de date.
Conţinut:
FORŢA
Interacţiunea şi efectele ei F.01
Acţiunea şi reacăiunea F.02
Interacţiunea poate schimba starea de mişcare a
corpurilor F.03
Forţa măsoară interacţiunea corpurilor F.04
Forţa – măsură a interacţiunii F.05
Putem să simţim o forţă? F.06
Forţa – o mărime orientată F.07
Efectul dinamic al forţelor F.08
Efectul static al forţelor F.09
Să construim un dinamometru! F.10
Podul de hârtie F.11
Forţa de frecare -1 F.12
Forţa de frecare – 2 F.13
Greutatea şi mărul lui Newton F.14
I.01
FORŢA ŞI ENERGIA

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

Project Tewise
Interacţiunea. Efectele interacţiunii
În lumea ce ne înconjoară nu există corpuri izolate. Corpurile sunt în contact unele cu
altele sau se influenţează de la distanţă. Spunem că ele interacţionează, adică acţionează
reciproc şi simultan unul asupra celuilalt. Efectele interacţiunii pot să fie statice atunci
când se produce o deformare a corpurilor (elastică, plastică, alungire, comprimare etc)
sau dinamice atunci când se produce mişcarea sau schimbarea stării de mişcare a
corpurilor (pornire, accelerare, oprire, frânare, schimbarea direcţiei).
În exemplele următoare precizează în tabelul de mai jos:
a) care sunt cele două corpuri care acţionează unul asupra celuilalt;
b) care sunt efectele interacţiunii;
c) tipul efectului (static sau dinamic).
1. Loveşti cu piciorul o minge de fotbal.
2. Ţii în palmă un măr.
3. Legi cu o sfoară un măr şi îl ţii suspendat.
4. Aşezi cu grijă o carte pe cap şi încerci să o ţii în echilibru câteva secunde.
No. Interacţiunea dintre... Efecte ale interacţiunii Tipul efectului
1.
2.
3.
4.
După completarea individuală a tabelului consultă-te cu grupa!
Constatăm că în natură fiecare acţiune are simultan ca răspuns o reacţiune. În cazurile în care
în procesul de interacţiune este implicat corpul nostru reacţiunea o simţim efectiv prin durerea
provocată (de exemplu dacă lovim descălţaţi cu piciorul o minge de fotbal). Se spune că rolurile
acţiunii şi reacţiunii pot fi schimbate. Gândeşte-te pentru fiecare caz în parte la acest lucru.
Discută cu colegii de grupă concluziile la care ai ajuns.
FORŢA
F.01

Project Tewise
Acţiunea şi reacţiunea
În experimentele următoare vei putea să-ţi explici anumite fenomene ca efecte ale
interacţiunii corpurilor. De exemplu, ce se întâmplă când sufli într-un balon, sau ce
se întâmplă când aduci un cui în apropierea unui magnet, sau atunci când apropii un
pieptene pe care l-ai frecat de stofă de nişte bucăţele de hârtie. Te vei gândi care
este acţiunea şi care este reacţiunea. Mai mult, trebuie să stabileşti în cazurile
prezentate acţiunea/reacţiunea produce schimbarea stării de mişcare a corpurilor.
EXPERIMENTE
E1. Leagă un mic tub de plastic la gura unui balon. Umflă balonul şi ţine-l astfel încât să nu
iasă aerul. Apoi eliberează-l brusc. Ce se întâmplă ? De ce ?
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
……
E2. Pune câteva piuneze într-o cutie de plastic şi apropie de pereţii ei un magnet.
Deplasează magnetul în lungul cutiei. Ce observi ? Formulează o explicaţie.
…………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………....
…………………………………………………………………………………………………………
E3. Freacă un pieptene de plastic cu o bucată de stofă şi apropie-l la mică distanţă de
bucăţele mici de hârtie. Ce observi ? Încearcă şi cu un pieptene pe care nu l-ai frecat de
bucata de stofă. Verifică dacă efectul depinde de distanţa de la piptene la bucăţelele de
hârtie. Scrie observaţiile!
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
Constatăm că este necesar să stabilim o convenţie şi anume la ce corp ne referim, ce corp
studiem. Aşa vom putea stabili mai uşor care este acţiunea şi care este reacţiunea.
Gândeşte-te ce se întâmplă dacă schimbi corpurile de referinţă între ele !
Reflectează asupra faptului dacă între acţiune/reacţiune şi schimbarea stării de mişcare a
corpurilor există vreo legătură.
FORŢA
F.02

Project Tewise
Interacţiunea poate schimba mişcarea corpurilor
În mod normal obiectele se află în repaus sau într-o mişcare rectilinie şi uniformă.
Întrebarea la care trebuie să răspundem acum este ce se întâmplă cu un corp când altul
acţionează asupra lui.
Gândeşte-te la exemplele următoare şi răspunde la întrebări pentru a completa ultima
coloană a tabelului.
1. Un măr se desprinde de pe o ramură. Înainte de separare a existat vreo interacţiune
între măr şi ramură ? Care este interacţiunea care opreşte corpul ?
2. Un atlet este pregătit să arunce o bilă. Descrie ce observi. Cum crezi că se modifică
interacţiunea dacă ar creşte distanţa de aruncare a bilei ?
3. Un copil doreşte sa mărească viteza bicicletei pe care o conduce. Ce ar trebui să
facă ? Dar dacă ar dori să scadă viteza ?
4. Un copil lansează pe o masă orizontală o bilă metalică. În apropiere, lateral faţă de
traiectoria bilei este plasat un magnet. Cum este influenţată traiectoria bilei de
prezenţa bilei ?
5. Un copil freacă un piepten din plastic cu o bucată de stofă şi îl apropie de un jet de
apă. Ce observi ?
Interacţiunea Obiectul observat Starea
de mişcare
Măr - Pământ Mărul în mişcare
Atlet - bilă Bila În repaus
înainte de interacţiune
Bicicletă - picior Bicicleta în mişcare cu o viteză
constantă
Bicicletă - frână Bicicleta În mişcare cu o viteză
constantă
Bilă - magnet Bila În mişcare rectilinie
Jet de apă - piepten Jet de apă În mişcare rectilinie
după interacţiune
Se poate observa că starea de mişcare se poate schimba în două moduri: a) prin creşterea
sau descreşterea mărimii vitezei corpului sau b) schimbând direcţia mişcării, deci direcţia
vitezei.
Gândeşte-te dacă există vreo legătură între interacţiunea dintre corpuri şi variaţia vitezei.
FORŢA
F.03

Project Tewise
Forţa măsoară interacţiunea dintre corpuri
Interacţiunea dintre corpuri poate fi mai slabă sau mai tare. Pentru a măsura intensitatea
unei interacţiuni este necesară o nouă mărime fizică. Aceasta este forţa. În practica
curentă forţa este definită ca o acţiune exercitată de muşchii noştri asupra unor obiecte.
Pentru activitatea următoare nu este nevoie numai de cunoştinţele anterioare, ci şi de
imaginaţie. După ce vei citi cu atenţie fiecare situaţie descrisă în partea stângă va trebui să
încerci să desenezi în fiecare chenar din dreapta săgeata prin care să reprezinţi forţa
corespunzătoare. Astfel, săgeata reprezintă forţa care acţionează asupra obiectului. Lungimea
săgeţii depinde de mărimea forţei şi direcţia săgeţii corespunde orientării.
Exemplu Ce reprezintă săgeata ?
Un atlet aruncă o bilă
Forţa exercitată de mâna
pe o direcţie oblică, ° atletului asupra bilei.
de la stânga la
dreapta.
Ce reprezintă săgeata ?
1. O agrafă metalică este ……………………………..
atrasă de un magnet.
..……………………………
Ce reprezintă săgeata ?
2. Un măr suspendat de un ………….………………….
resort este atras de către
.……..……………………..
Pământ.
Cine acţionează barca ?
3. Un om aflat ……………………………
într-o barcă produce
…………………………….
mişcarea acesteia prin
împingerea cu vâsla în mal.
FORCE
F.04

Project Tewise
Putem simţi o forţă ?
Forţele nu se văd. Putem vedea sau simţi efectele forţelor. Pentru a putea spune încotro
este orientată o forţă este suficient să îţi imaginezi că pui mâna acolo unde are loc
interacţiunea şi să presupui ce ai simţi.
În experimentul următor vom analiza o acţiune simultană a 3 forţe asupra unui inel metalic.
Ai nevoie de:
2 creioane, 2 inele elastice (bucle de bandă elastică),
3 agrafe de birou, un pahar de plastic, aţă, monede, un inel
metalic (sau din alt material), bandă adezivă.
Mod de lucru:
Prinde cu bandă adezivă cele două creioane la marginea unei
mese, astfel încât să fie paralele între ele şi cu muchiile mesei.
Creioanele să depăşească cu 2-3 cm marginea mesei şi să fie
între ele o distanţă de aproximativ 15 cm. Atârnă de fiecare
creion un inel elastic. Introdu pe inelul de metal 3 agrafe de
birou. Două dintre agrafe vor fi prinse de cele două inele de
cauciuc, iar de a treia se va atârna un pahar din plastic. În pahar se introduc pe rând monedele
avute la dispoziţie.
Ce se întâmplă cu inelele elastice ?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
Care crezi că sunt forţele care acţionează asupra inelului metalic ?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
Desfă unul dintre inelele de cauciuc de pe agrafă. Observă ce se întâmplă.
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Trage cu mâna de agrafa rămasă liberă până aduci inelul metalic din nou la poziţia în care a fost
înainte de a desface bucla elastică. Spune ce simţi ?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Poţi spune cum este orientată forţa cu care tu acţionezi ? Reprezintă această forţă printr-o
săgeată, numită vector.
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
F.05A
FORCE

Fă acelaşi lucru şi pentru celelalte două agrafe şi desenează forţele care acţionează asupra
inelului metalic.
Realizează un desen simplificat, astfel: desenează numai inelul metallic şi cele 3 forţe care
acţionează asupra lui.
Ce efect au cele 3 forţe asupra inelului ?
____________________________________________
____________________________________________
Poţi estima ce valoare are rezultanta forţelor* ?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Simţurile noastre pot pune în evidenţă forţele. De multe ori efectele forţelor asupra corpului
nostru pot fi dureroase, cum ar fi de exemplu o lovitură de ciocan peste un deget. De aceea
este bine doar să ne imaginăm că punem mâna acolo unde se produce o interacţiune.
Discută cu colegul tău despre posibile interacţiuni din preajma locului în care te afli. Nu uita că
la fiecare interacţiune apar 2 forţe egale şi de sens contrar. Pe care din ele o reprezinţi printrun
vector.
FORCE
F.05B

Project Tewise
Forţa – măsură a inerţiei
Ca să introducem mai mult sau mai puţin un cui într-un perete trebuie să aplicăm lovituri de
ciocan de intensităţi diferite. După mărimea efectelor pe care le produc interacţiunile pot fi mai
slabe sau mai tari. Mărimea fizică prin care se măsoară interacţiunea se numeşte forţă. O forţă
poate să fie mai mică sau mai mare. Cum poţi oare să măsori forţa ? Ca în cazul oricărei mărimi
fizice. O compari cu o altă forţă aleasă ca unitate de măsură. Unitatea de măsură pentru forţă
se numeşte newton şi are simbolul N. Înstrumentul de măsură pentru forţă se numeşte
dinamometru. Se poate considera că 1 newton reprezintă aproximativ forţa necesară să ţinem
în palmă un corp cu masa de 102 g (0,102 Kg).
Studiază un dinamometru şi descrie-l !
1) Resort 1
2) Tijă 5
3) Cârlig 2
4) Scală gradată
5) Ac indicator 4
Experiment:
Foloseşte un dinamometru pentru a măsura diferite
forţe.
Efecte statice ale forţei:
3
Acţiunea Forţa (N) Masa (Kg)
Atârnarea unui măr
Atârnarea unui penar
Efecte dinamice:
Acţiunea
Tragerea uniformă a unui penar
pe un plan orizontal
Forţa (N)
Efectul unei forţe nu depinde numai de mărimea ei, ci şi de orientarea acesteia. Din acest
motiv vom reprezenta forţa printr-o săgeată.
Reprezintă prin săgeţi forţele care acţionează în cazurile de mai sus.
F.06
FORŢA

Project Tewise
Forţa – o mărime fizică orientată
Efectul unei forţe nu depinde numai de mărimea ei, ci şi de orientarea acesteia. Astfel, dacă
ridici o găleată cu apă, forţa cu care acţionezi asupra găleţii o reprezinţi cu o săgeată
orientată vertical în sus. Dacă tragi de un sertar, atunci săgeata va fi orizontală, spre tine.
Această săgeată prin care se reprezintă o forţă se numeşte vector.
Aşadar, forţa este o mărime vectorială.
În cele ce urmează vom studia ce se întâmplă dacă asupra unui corp acţionează simultan
două sau mai multe forţe.
Ai nevoie de: un obiect oarecare (o carte, un penar), două agrafe de birou, două dinamometre,
bandă adezivă, o coală de flip-chart, creion.
Experimentul 1:
Întinde pe masa de lucru o coală de flip-chart şi lipeşte-i marginile. Prinde cu bandă adezivă, de
două din colţurile cărţii (penarului) câte o agrafă de birou. Agaţă de fiecare agrafă cârligul unui
dinamometru şi trage constant pe direcţia fiecărei diagonale a cărţii. Roagă un coleg să traseze
cu un creion direcţia pe care înaintează cartea. Trasează şi direcţiile de înaintare ale celor două
dinamometre.
Ce poţi spune despre direcţiile de acţiune ale forţelor şi despre direcţia de deplasare a cărţii?
Consultă-ţi colegul. Realizează un desen.
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Experimentul 2:
Desprinde una dintre agrafe şi fixeaz-o pe aceeaşi diagonală cu prima, în extremitatea opusă.
Trage de cele două dinamometre având grijă ca ele să fie aliniate exact pe aceeaşi diagonală a
cărţii. Citeşte indicaţiile dinamometrelor. Ce poţi spune acum ? În ce stare se află corpul ?
Realizează un desen.
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
FORŢA
F.07A

F.07A
Regula paralelogramului pentru construirea rezultantei a două forţe*
Se poate spune că fiecare forţă acţionează asupra cărţii independent de cealaltă. Cu alte
cuvinte,
fiecare forţă imprimă propriul efect asupra cărţii, iar cartea se va mişca după o rezultantă a
celor
două forţe.
Rezultanta se află prin regula paralelogramului.
Se figurează cele două forţe de-a lungul celor
două diagonale pornind dintr-un punct comun (în
acest caz la intersecţia diagonalelor). Cele două
forţe vor reprezenta două dintre laturile paralelogramului
pe care îl construim ducând din vârful fiecărei forţe o
paralelă la cealaltă. Forţa rezultantă va fi forţa egală cu
diagonala paralelogramului ce porneşte din punctul comun
al celor două forţe . (R = F 1 + F 2).
Dacă direcţiile celor două forţe sunt perpendiculare
(adică ∝=90 o ) mărimea lui R este dată de relaţia
R 2 = F 1 2 + F 2
2,
adică R= (F 1 2 + F 2 2 ) 1/2 .
R
Ce poţi spune despre cazul indicat în experimentul 2 ?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
__________
Care este valoarea rezultantei ?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
__________
Care este rezultanta a două forţe egale, cu aceeaşi direcţie, dar cu sensuri opuse ?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________
_______________________________
_________
FORŢA
F.07B

Project Tewise
Efectul dinamic al forţelor
Sub acţiunea forţelor corpurile pot să-şi modifice viteza atât ca mărime, cât şi ca direcţie.
Prin realizarea unor experimente simple vom pune în evidenţă cum un resort din hârtie
poate mări sau micşora viteza unei bile. Printr-un alt experiment vom arăta că prin
interacţiunea unei bile cu un perete se modifică direcţia de mişcare a bilei.
Experimente
E1 : Forţa produce modificarea mărimii vitezei corpurilor.
Ai nevoie de: o bandă de carton cu lăţimea de 2 cm şi lungimea de 18 cm, 2 rigle identice, o
bilă (din metal sau din sticlă) cu diametrul de 2-3 cm.
Realizează dispozitivul:
- din banda de carton se realizează prin îndoire în părţi
egale, un resort foarte sensibil.
- cele două rigle se aşază pe o masă orizontală, astfel
încât muchiile teşite (cu diviziuni) să formeze un jgheab
pe care se va mişca bila.
Mod de lucru
Pune pe jgheabul format din cele două rigle bila cu
diametrul de 2-3 cm. Bila aşezată în repaus pe jgheab şi
lăsată liberă nu are voie să se mişte
La un capăt al jgheabului ţinem un capăt al
dinamometrului, iar celălalt capăt îl apăsăm cu bila, astfel
încât comprimăm dinamometrul
Ce se întâmplă cu resortul şi bila când se lasă sistemul liber ?
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Ce se întâmplă cu bila după desprinderea de resort ?
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Ţine resortul de carton la un capăt al jgheabului. Lansează o bilă din celălalt capăt. Observă ce
se întâmplă cu bila când interacţionează cu resortul din carton.
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Cum este resortul în momentul în care, pentru o clipă, bila se opreşte ? Ce se întâmplă în
continuare cu mărimea vitezei bilei ?
E2: Forţa produce modificarea direcţiei vitezei corpurilor.
Ai nevoie de: bandă din carton lungă de 60-70 cm şi lată de 2 cm, bandă adezivă, bilă.
FORŢA
F.08A

Realizează dispozitivul :
Banda din carton se fixează pe masă în 4-5 locuri cu bandă adezivă, astfel încât să formeze o
porţiune de cca. ¾ dintr-un cerc. Lansează o bilă de rulment de 2-3 cm diametru, în interiorul
buclei din carton, în interiorul peretelui acestuia. Observă mişcarea bilei. Ce se poate spune
despre direcţia vitezei atâta timp cât bila se mişcă în interiorul buclei din carton ?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Ce se întâmplă cu direcţia vitezei bilei după ieşirea din buclă ?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Cine interacţionează în experimental 1 ?
__________________________________________________________________________
Cine interacţionează în experimental 2 ?
___________________________________________________________________________
Concluzii:
Efectul forţelor care se referă la mişcarea corpurilor este efectul dinamic al acesteia.
Forţele pot fi puse în evidenţă prin efectele pe care ele le produc asupra corpurilor.
F08B
FORŢA

Project Tewise
Efectul static al forţei
Sub acţiunea forţelor corpurile se deformează, chiar dacă uneori aceste deformaţii nu sunt
evidente.
Vei studia în experimentul următor cum se modifică lungimea unei bucle de bandă elastică
sub acţiunea greutăţii unor monede.
Experiment:
Ai nevoie de: un creion, un inel elastic, o agrafă de birou, un pahar din plastic, 10 monede
identice, o riglă din plastic, bandă adezivă, aţă.
Realizează dispozitivul din figura alăturată:
Prinde cu bandă adezivă un creion la marginea mesei. Agaţă de
creion un inel elastic. La capătul inferior al inelului atârnă un
pahar din plastic prin intermediul agrafei şi nişte aţă. Un capăt al
agrafei va fi astfel îndoit încât să devină ac indicator. Fixează de
marginea mesei, cu bandă adezivă, o riglă, astfel încât acul
indicator să se poată mişca în dreptul diviziunilor riglei.
Mod de lucru:
Notează în dreptul cărei diviziuni este acul indicator la început
(x 0).
Pune în pahar, pe rând, câte o monedă. Notează de fiecare dată
în dreptul cărei diviziuni se opreşte acul.
Determină greutatea unei monede cât mai exact.
Completează tabelul de mai jos:
Numărul
de
monede
Forţa
deformatoare
(N)
Poziţia
acului
indicator
x(mm)
Alungirea benzii x-x 0
(mm)
FORŢA
F.09A

Ce formă are graficul trasat ? La ce poate fi folosit acest grafic ?
F.09A
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Ce instrument ar putea să reprezinte dispozitivul realizat de tine şi pe ce efect
se bazează funcţionarea lui ?
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
FORŢA
F.09B

Project Tewise
Să construim un dinamometru!
Fizica te învaţă, pe lângă alte multe lucruri, să faci măsurători. Măsurarea mărimilor fizice se
face cu ajutorul instrumentelor de măsură. Dinamometrul este instrumentul cu care
măsurăm forţele.
În această fişă de lucru intenţionăm să construim un dinamometru.
Ai nevoie de:
Un pix transparent a cărui mină (rezervă) este consumată, o rezervă (mină de pix)
consumată, 3-4 resorturi (arcuri) de la pixuri pe care nu le mai folosim, monede metalice
identice, bandă adezivă, un foarfece, aţă, agrafă de birou.
Mod de lucru:
După ce se goleşte tubul pixului se introduc în acesta cele 3-4
arce cu partea mai largă înspre vârful pixului (exact invers decât
în mod normal). Se lărgeşte cu foarfecele vârful tubului atât cât
să treacă rezerva de pix nestingherită. Se introduce rezerva de
pix invers decât în mod normal din partea de sus a pixului. La
partea de jos a rezervei, care iese din pix, se leagă cu aţă o
agrafă de birou.
Dinamometrul este gata şi poate fi etalonat.
Etalonarea putem să o facem prin compararea cu un
dinamometru funcţional, sau atârnând de el corpuri cu greutate
cunoscută, de exemplu monede pe care le cântărim.
Masa unei monede pe care o obţinem prin cântărire (în Kg) o
înmulţim cu 9,8 şi obţinem greutatea acesteia (în N).
Imaginează şi alte posibilităţi de a construi un dinamometru cu materiale refolosibile.
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
Reţine ideea de etalonare !
FORŢA
F.10

Project Tewise
Podul din hârtie
Constructorii de poduri şi de case trebuie să cunoască bine care sunt efectele statice ale forţei în
diferite cazuri.
Îţi propunem un experiment prin care să arătăm că un acelaşi obiect suportă sarcini maxime
diferite în funcţie de forma corpului.
Experiment:
Ai nevoie de: o coală de hârtie A4, două cărţi (mai groase), un pahar cu apă.
Mod de lucru:
Folosind cele două cărţi precum nişte picioare de pod, observăm că o foaie de hârtie sprijinită la
cele 2 capete de cărţi se îndoaie foarte uşor sub acţiunea propriei greutăţi.
Îndoaie (pliază) aceeaşi coală de hârtie, în lungul ei,
din 2 în 2 cm. Pune acum hârtia pliată (precum o
armonică) cu capetele pe cele două picioare de pod
(reprezentate de cărţi). Observă că foaia de hârtie nu
se mai îndoaie sub propria greutate.
Prin pliere s-a schimbat cumva greutatea corpului ?
___________________________________________
___________________________________________
Pune pe podul din hârtie un pahar transparent.
Toarnă încet, cu multă grijă apă în pahar până când observi că podul dă semne că nu mai rezistă.
Schimbând coala de hârtie cu una cu grosime mai mare vom observa că podul suportă o cantitate
de apă mai mare în pahar.
Identifică şi desenează forţele care acţionează în cazul podului de hârtie.
____________________________________________
____________________________________________
____________________________________________
____________________________________________
Poţi studia unele soluţii constructive adoptate la
podurile metalice, structura de lemn pe care se sprijină
învelişurile caselor, corpurile de mobilă. Vei observa
multe lucruri interesante.
____________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________ ________________________________________________
F.11
FORŢA

Project Tewise
Forţa de frecare -1
Corpurile se află în contact unele cu altele. Interacţiunile dintre ele se numesc interacţiuni de
contact. Atunci când un corp alunecă pe un alt corp există o forţă care se opune înaintării
corpului care alunecă. Ea se numeşte forţă de frecare. Există şi forţe de frecare care ajută
mişcarea aşa cum este în cazul frecării care apare între talpa pantofului şi podea, sau sol.
Am observat că atunci când frecarea este mică (de exemplu la mersul pe gheaţă) nu putem
înainta.
În continuare vom studia forţa de frecare care se opune atunci când tragem sau când
împingem o carte pe o masă orizontală.
Ai nevoie de: 2-3 manuale de fizică, o mapă din plastic, un fir de aţă, o agrafă de birou, un
pahar de plastic şi monede.
Mod de lucru:
Pune cartea de fizică în mapa din plastic şi agaţă firul de aţă de aceasta. La celălalt capăt al
firului, prin intermediul agrafei, prinde paharul de plastic.
Firul este trecut peste marginea mesei. În paharul care atârnă de fir, pune,
una câte una, monede identice.
Observă când începe să se mişte cartea pe masă. Notează numărul
monedelor din pahar. Repetă experimentul punând două manuale unul
peste altul. Notează din nou numărul monedelor. Discută cu colegul
tău asupra forţelor care apar în experiment.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Cine trage cartea ? Cine împiedică mişcarea ?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Reprezintă forţele care acţionează asupra manualului.
Reprezintă forţele care acţionează asupra paharului.
Se observă că mişcarea manualului este împiedicată şi de frecarea care apare între fir şi
marginea mesei.
Să realizăm un scripete!
Să găsim o soluţie tehnică pentru micşorarea acestei frecări. Soluţia este: trecerea firului peste
un scripete.
Putem realiza şi noi un scripete dacă găsim o rotiţă cilindrică cu un şanţ pe mijloc care să se
rotească uşor pe un ax.
O soluţie poate fi pistonul din plastic de la o seringă de unică folosinţă, care are o formă
cilindrică. Cilindrul este plin. Prin centrele bazelor cilindrului se înfige un ac de cusut care a
fost înroşit la o flacără. Atenţie, capătul acului se prinde cu o mănuşă izolatoare, deoarece
frige.
FORŢA
F.12A

După ce se străpung bazele, acul se răceşte la un jet de apă. Se va observa că rotiţa obţinută
se va roti lejer pe acul care devine axul scripetelui.
Cele două capete ale axului (acului) se fixează cu bandă adezivă pe două rigle fixate paralel,
la o distanţă de 2-3 cm una de alta pe masă.
Scripetele elimină aproape complet frecarea cu firul.
Acum greutatea monedelor este practic egală cu cu forţa de
frecare. Totodată greutatea cărţii
Este practic egală cu reacţiunea normală din partea mesei.
Repetăm experimentul punând cărţi de fizică una peste alta.
Greutatea cărţii măsoar-o cu un dinamometru.
Completează tabelul:
Nr. de
cărţi
Nr. of
monede
Reacţiunea
R n (N)
normală
Forţa de
frecare F f (N)
Reprezintă pe un grafic dependenţa mărimii forţei
de frecare la alunecare de mărimea reacţiunii
normale.
F f (N)
R n (N)
Ce formă are graficul ?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Ce poţi spune despre relaţia dintre forţa de frecare şi reacţiunea normală?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
F.12B
FORŢA

Project Tewise
Forţa de frecare - 2
Frecarea poate să fie utilă sau poate să dăuneze.
Scrie câte trei exemple din fiecare caz.
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Compară cu exemplele date de colegul tău.
În experimentele care urmează vom studia soluţii de micşorare a frecării dintre corpuri.
E1: Frecare la rostogolire în loc de frecare la alunecare
Ai nevoie de:
un corp (de exemplu manualul de fizică), 5-6 creioane cilindrice, scripete, pahar din plastic,
agrafă, fir de aţă.
Mod de lucru:
Se trage de manual prin firul trecut peste scripete şi care la un capăt este prins de manual, iar la
celălalt capăt de paharul din plastic în care se pun monede. Pune atâtea monede până când
cartea începe să se mişte. Se repetă experimentul punându-se cartea deasupra a 5-6 creioane.
Creioanele sunt aşezate perpendicular pe sensul de mişcare, la o distanţă de 2-3 cm unul de
celălalt. Compară numărul de monede din acest caz cu cele din situaţia anterioară.
Înlocuind alunecarea cu rostogolirea, frecarea se reduce foarte mult.
E 2: Perna de aer elimină frecarea la alunecare
Ai nevoie de:
un CD nefuncţional, un capac cum sunt cele de la flacoanele
de săpun lichid .
Mod de lucru:
Se umflă un balon şi se ataşează capacului. Sub CD se
formează o pernă de aer care reduce frecarea.
Temă:
Enumără câteva dispozitive care folosesc soluţiile tehnice de
micşorare a frecării descries de experimentele de mai sus.
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
______________________________________________________
Consultă-te cu colegii din grupă.
F.13
FORŢA

Project Tewise
Greutatea şi mărul lui Newton
Se spune că în vara anului 1666, odihnindu-se într-o livadă, sub un pom, un măr i-a
căzut lui Isaac Newton în cap. Acest fapt i-a atras atenţia asupra unui fenomen
neexplicat până atunci, căderea corpurilor.
Experimente
E1: Încearcă şi tu să provoci şi să observi căderea unor corpuri, dar… nu folosi obiecte fragile!
Urmăreşte ce se întâmplă cu aceste corpuri lăsate libere de la o înălţime oarecare.
1. Ce poţi să spui despre starea de mişcare a corpurilor ?
____________________________________________________________________________
______________________________________________________________________
2. Cum se numeşte mărimea fizică care are ca efect schimbarea stării de mişcare a corpurilor?
_________________________________________________________________________
Explicaţia lui Newton: Corpurile cad datorită unei forţe numită greutate. Greutatea unui corp este
forţa cu care acesta este atras de către Pământ.
E2. Ai nevoie de: câteva corpuri, o balanţă, un stativ şi un dinamometru.
Mod de lucru: Fixează dinamometru de stativ şi atârnă de el, pe rând, corpurile. Măsoară
greutăţile şi masele lor.
Calculează raportul G/m şi scrie datele într-un tabel.
Corpul 1 2 3
Greutatea, G (N)
Masa, m (kg)
G/m (N/kg)
1. Ce poţi să spui despre relaţia dintre greutate şi masă ?
_____________________________________________________
_____________________________________________________
2. Ce poţi să spui despre direcţia greutăţii ?
_________________________________________________________________________
3. Exprimă prin desen vectorul greutate.
4. Ce poţi să spui despre raportul G/m în cazurile analizate ?
_________________________________________________
FORŢA
F.14A

Prin urmare, mărul lui Newton (precum şi orice alt corp de la suprafaţa Pământului) este atras
cu o forţă de către Pământ numită greutatea mărului. Raportul dintre greutatea oricărui corp şi
masa lui, într-un anumit loc de pe suprafaţa Pământului, are aceeaşi valoare, aproximativ 9,8
N/kg.
Temă:
1. Ştim că forţa este o măsură a interacţiunii dintre corpuri.
În cazul „mărului lui Newton” care sunt cele două corpuri care interacţionează ?
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
2. Ştim că pentru orice corp raportul (G/m) = const = 9,8 N/kg.
Cum putem afla greutatea unui corp dacă cunoaştem masa lui ?
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
3. Un corp care stă pe o suprafaţă plană apasă perpendicular pe aceasta cu forţă egală cu
greutatea lui. Din partea planului apare o forţă egală şi de sens opus forţei de apăsare numită
reacţiune normală, N.
Reprezintă grafic pentru un măr aşezat pe o masă cele două forţe.
FORŢA
F.14B

Project Tewise
Ce este energia pentru mine ?
Cuvântul energia l-ai auzit încă înainte de a merge la şcoală. Probabil că l-ai pronunţat şi tu
uneori. Ai sarcina să-ţi aminteşti în ce context ai auzit acest cuvânt şi să încerci să spui pe
scurt ce înţelegi tu prin energie
Ai nevoie de:
O coală de hârtie, un pix, un plic, un foarfece, creioane colorate, reviste.
Mod de lucru:
Această activitate va fi individuală !
1) Scrie pe o coală de hârtie o scurtă întâmplare în care să foloseşti cuvântul energie.
2) Decupează din reviste o poză care, după părerea ta, are legătură cu energia. Poţi înlocui
poza şi cu un desen realizat de tine.
3) Scrie sub desen sau poză o indicaţie cu privire la energie.
4) Răspunde scurt la întrebarea: Ce crezi că este energia ?
5) Pune coala de hârtie într-un plic şi înmânez-o profesorului tău.
Profesorul tău va avea voie să citească ce ai scris pe coală.
Pe parcursul lecţiilor viitoare vei realiza o serie de activităţi în urma cărora
va trebui să încerci să găseşti o definiţie din punct de vedere al fizicii a
cuvântului energie.
ENERGIA E.01

Project Tewise
Cine produce lucru mecanic ?
În vorbirea curentă cuvântul lucru este folosit în multe şi diverse situaţii. Spunem despre o
persoană care împinge un vagonet (cărucior) că lucrează, dar şi despre o persoană care
se află în faţa unui calculator putem spune că lucrează. În fizică noţiunea de lucru este bine
stabilită.
În activităţile ce urmează vom încerca să înţelegem ce este lucrul mecanic.
Ai nevoie de: 2 manuale (cărţi), un dinamometru, bandă adezivă, 2 agrafe de birou, o riglă.
Mod de lucru: Se lucrează în grupe de 2-3 elevi.
Măsoară cu dinamometrul greutatea fiecărui manual şi notează datele.
Atunci când manualul stă pe o masă orizontală el apasă pe suprafaţa acesteia cu o forţă egală
cu greutatea sa.
Crezi că în acest caz greutatea cărţii efectuează un lucru ?
Scrie care este părerea ta. Sfătuieşte-te cu colegii.
_____________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
Ridică cu viteză constantă un manual la o înălţime pe care o stabileşti cu rigla aşezată vertical
pe masă. Poţi atârna manualul de cârligul dinamometrului şi apoi să-l ridici încet fără să se
modifice indicaţia acestuia.
Care este forţa cu care ai ridicat cartea ?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Ce zici, forţa cu care ai acţionat tu a efectuat un lucru mecanic ? Dar greutatea ?
Exprimă o părere cu privire la modul în care ar putea fi calculat lucrul efectuat de forţa ta
musculară.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Repetă experimentul folosind două cărţi. Poţi face asta în două moduri: ridicându-le pe
amândouă odată sau pe rând, câte una.
Notează forţele necesare pentru a ridica cărţile împreună sau pe rând şi distanţele totale pe
care forţa s-a deplasat de fiecare dată.
Ce poţi să spui despre lucrul mecanic efectuat în fiecare caz ?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
E.02 A
ENERGIA

Completează tabelul de mai jos:
Acţiunea Forţa Dacă efectuează lucru
mecanic
Un halterofil ridică o halteră
de la podea
Forţa musculară a
halterofilului
Un halterofil ţine o halteră
deasupra capului
Forţa musculară a
halterofilului
Un halterofil ridică o halteră Greutatea halterei
de la podea
Un halterofil ţine o halteră Greutatea halterei
deasupra capului
Un copil trage pe un plan
orizontal o sanie
Forţa musculară a
corpului
Un copil trage pe un plan Greutatea saniei
orizontal o sanie
O sanie alunecă la vale de pe
un deal
Greutatea saniei
Cum afectează direcţia de acţiune a forţei mărimea lucrului mecanic ?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
__________
Poartă o discuţie cu colegii de grupă ! Scrie concluziile finale.
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Se observă că lucrul mecanic efectuat de o forţă depinde de forţa care produce mişcarea,
de mărimea deplasării corpului şi de direcţia pe care acţionează forţa.
ENERGIA
E.02 B

Project Tewise
Calculul lucrului mecanic pentru diverse forţe
Multe dintre mecanismele create de om au ca scop deplasarea unor corpuri dintr-o parte în
alta. În anumite cazuri această operaţiune se poate realiza de către forţa musculară a
omului, iar în altele omul a pus la treabă alte tipuri de forţe. De exemplu, pentru transportul
lemnelor din munţi oamenii au construit funicularul care pune la treabă greutatea corpurilor. În
acest caz greutatea produce lucru mecanic. În construcţii se folosesc anumite jgheaburi
pentru a transmite materialele la sol. Acest lucru mecanic produs de către forţa gravitaţională
este ieftin pentru că omul nu consumă nimic pentru a-l produce.
Reflectaţi în grupe la aceste exemple şi daţi şi voi altele în care lucrul mecanic să fie produs
de către greutatea corpurilor.
Vom realiza un experiment în care ne propunem să calculăm lucrul mecanic efectuat de
fiecare forţă ce acţionează asupra unui corp.
Trebuie să ştii că:
Lucrul mecanic = Forţa x Distanţa pe direcţia forţei
L = F x d
Dacă exprimi valoarea forţei în newtoni (N) şi distanţa pe direcţia forţei în metri (m), obţii lucrul
mecanic al forţei în Nm. Un Nm se numeşte Joule, cu simbolul J, după numele lui James
Prescott Joule, fizician din secolul XIX.
Experiment
Ai nevoie de: un plan înclinat, o cutie plină cu agrafe de birou sau capse, un dinamometru,
bandă adezivă (scoci).
Mod de lucru: Se lucrează în grupe de 2-3 elevi.
Lasă cutia să alunece pe planul înclinat. Reglează înclinarea planului până când corpul
alunecă cu viteză constantă. Marchează un punct pe planul înclinat şi lasă cutia să alunece de
acolo, până la baza planului. Măsoară greutatea corpului, înălţimea de la care l-ai lăsat să
alunece şi distanţa pe care el a parcurs-o pe plan.
Câte forţe au acţionat asupra corpului în timpul alunecării lui pe plan. Numeşte-le!
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Care dintre forţe produce mişcarea ?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
ENERGIA
E.03A

Completează tabelul* )
Forţa
Valoarea forţei
(N)
Deplasarea pe
direcţia forţei
(m)
Lucrul mecanic
al forţei
(J)
Lucrul mecanic produs de forţele care se opun mişcării este negativ. Un exemplu de acest fel în
cazul prezentat mai sus este lucrul mecanic al forţei de frecare.
Calculează lucrul mecanic total efectuat asupra cutiei din experimentul de mai sus.
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Care ar fi valoarea lucrului mecanic dacă am reuşi să eliminăm frecarea dintre cutie şi plan ?
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
E.03B
ENERGIA

Project Tewise
Lucrul mecanic şi energia
Privind cu atenţie lumea ce ne înconjoară observăm că multe corpuri, sau părţi ale lor sunt în
mişcare: păsări, crengile pomilor, masele de aer, bărcile de pe lac, oameni pe biciclete sau în
maşini, turbinele morilor de vânt etc. Mişcarea corpurilor se face în urma interacşiuni cu alte
corpuri, deci pe baza acţiunii unor forţe. În mişcarea lor aceste corpuri produc lucru mecanic.
În cele ce urmează vom vedea că pentru a produce lucru mecanic corpurile trebuie sa fie aduse
într-o anumită stare. Cu alte cuvinte, vom vedea în ce condiţii un corp este capabil să producă
lucru mecanic.
Experiment 1
Ai nevoie de: o bucată de scândură sau un carton mai gros cu lungimea de 25 cm şi lăţimea de
20 cm, o bandă de cauciuc de 15 cm lungime, capse, un creion.
Mod de lucru: Se lucrează individual.
Întinde banda elastică şi fixează-i capetele pe scândură cu
ajutorul a două capse sau pioneze. Aşează creionul cu un
capăt perpendicular pe banda elastică, la mijlocul ei,
precum o săgeată.
Notează ce se întâmplă.
________________________________________________
________________________________________________
________________________________________________
Împinge de mijlocul benzii elastice cu creionul pe parcursul a 4-5 cm. Înclină scândura spre
podea şi dă drumul creionului într-o zonă în care nu se află nimeni.
Ce observi acum ? Ce crezi că am făcut atunci când am tras de mijlocul benzii elastice ?
Notează părerile tale pe caiet şi discută-le cu colegul tău.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Experiment 2:
Ai nevoie de: un resort care destins are 5-7 cm, o bucată de carton
de 20x20 cm, o bilă (din platic), o piuliţă sau un inel cu un diametru
mai mic decât al resortului, un dop din plută, o bucată de sârmă de
oţel de 15-20 cm lungime (exp. o spiţă de la o roată de bicicletă de
copii uzată), bandă adezivă.
Mod de lucru: Înfige spiţa în dopul de plută. Dopul se fixează cu
bandă adezivă de bucata de carton astfel ca spiţa să stea vertical, în
sus. Se introduce resortul pe spiţă. Ai acum un sistem mecanic de
lansare de corpuri. Introdu piuliţa pe spiţă şi comprimă cu acesta
resortul. La un moment dat eliberează sistemul. Repetă experimentul
pentru diferite comprimări ale resorului .
ENERGIA
E04A

Există o legătură între cât de comprimat este resortul şi cât de sus se înalţă piuliţa (obiectul
lansat) ? (Reflectează asupra ceea ce ai făcut şi observat)
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Discută cu colegul tău despre fiecare corp în parte: mâna care comprimă resortul, resort,
piuliţă. Notează observaţiile făcute.
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
În ambele experimente unul dintre corpuri (exp. mâna) produce lucru mecanic asupra celuilalt
corp, încărcându-l cu energie mecanică (banda elastică, resortul) , dar a pierdut energie, iar al
doilea corp a acumulat energie. Când resortul se destinde el pierde energie, dar produce lucru
mecanic asupra piuliţei şi îi imprimă acesteia o viteză cu care ea este lansată în sus.
Energia acumulată de resort se numeşte energie potenţială elastică.
Energia pe care o primeşte piuliţa la lansare se numeşte energie cinetică.
Energia pe care o are piuliţa la orice înălţime faţă de sol se numeşte energie potenţială
gravitaţională.
E.04B
ENERGIA

Project Tewise
Turbina de vânt
Morile de vânt au fost folosite din cele mai vechi timpuri în anumite regiuni ale globului.
Olanda este renumită pentru morile de vânt. Aceste mori erau construite în zonele în
care vânturile suflau o mare parte din an şi nu prea existau ape curgătoare repezi.
Precum şi morile de apă, morile de vânt erau folosite la măcinarea cerealelor şi la alte
activităţi care înlocuiau efortul oamenilor sau animalelor. Partea centrală a morii de vânt
o constituie turbina.
Vei construi propria ta turbină de vânt.
Ai nevoie de: o coală de hârtie ceva mai groasă, un creion, un bold, adeziv, o riglă, un
foarfece.
Mod de lucru: Se lucrează în grupe de 2-3 elevi.
Trasează, folosind una dintre marginile colii, un pătrat cu latura de 10-12
cm şi decupează-l. Trasează diagonalele pătratului. Taie cu foarfecele
de-a lungul diagonalelor până la aproximativ o jumătate de centimetru
de centrul pătratului. Se formează 4 triunghiuri. Adu unul dintre vârfurile
libere ale triunghiului la centru şi lipeşte-l. Ţine-l un pic presat până se
fixează. Repetă operaţiunea. Repetă operaţiunea într-un singur sens (de
exp. sensul acelor de ceasornic) pentru fiecare triunghi. Ai obţinut
turbina. Prin centrul turbinei înfige un bold pe care, apoi, înfige-l în guma
creionului, de-a lungul axei acestuia. Dacă sufli în pale turbina se învârte.
Cine produce rotirea turbinei ?
______________________________________
______________________________________
Cine conţine energia ?
______________________________________
______________________________________
Astăzi, energia vântului este folosită la rotirea unor turbine uriaşe pentru producerea
curentului electric.
Interesează-te cum funcţionează o astfel de turbină de vânt.
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________
Discută cu colegul de grupă asupra modului în care energia mecanică a vântului devine
energie electrică !
ENERGIA E.05

Project Tewise
Turbina de apă
Din cele mai vechi timpuri oamenii au construit turbine care să folosească forţa apei în
cădere pentru înlocuirea muncii efectuate de om sau animale.
Turbinele de apă se instalau pe cursurile de ape repezi de munte. Ele antrenau la rândul lor
pietre de moară care măcinau cerealele. Altele antrenau fierăstraie mari pentru tăiat lemne,
maşini de cusut sau ciocane.
Ai nevoie de: un dop de plută, un cuţit, 4 fâşii de tablă subţire (cu lungimea cât a dopului şi de
cca 3 cm lăţime), un ac de tricotat, un suport pentru turbină şi apă curgătoare (de la robinet,
dintr-o butelie de plastic etc), o cutie din plastic (pentru bomboane sau produse de birotică).
Mod de lucru: Se lucrează ăn grupe de 2 elevi.
Crestează dopul de plută paralel cu axul metalic
Trecut prin centrul bazelor, în 4 sau 6 locuri la
distanţe egale.
În crestăturile realizate înfige fâşiile din tablă.
Înfige acul de tricotat prin centrele bazelor dopului.
Din cutia de plastic (preferabil dreptunghiulară) vei
construi un suport pe care să se rotească axul
turbinei. La mijlocul a două laturi opuse ale cutiei vei realiza două şanţuri, nu prea adânci unde
va sta axul. Pune turbina în suport şi acum poate funcţiona.
Dacă la una dintre extremităţile axuluifixăm un mecanism, acesta va fi capabil să producă lucru
mecanic.
Sarcină de lucru:
Sfătuieşte-te cu colegul tău pentru a realiza un mecanism simplu care ataşat la axul turbinei să
pună în mişcare anumite corpuri, adică să efectueze lucru mecanic.
Cine produce rotirea turbinei?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Cine posedă energie ?
___________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Astăzi energia apei este folosită la antrenarea unor turbine uriaşe pentru producerea curentului
electric.
Interesează-te cum funcţionează o hidrocentrală. Discută cu colegul tău de grupă asupra
modului în care este folosită energia apei în acest caz.
Cum este transformată energia mecanică a apei în energie electrică ?
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
E.06
ENERGIA

Project Tewise
Turbina solară
Radiaţia solară este responsabilă pentru deplasările maselor de aer de la suprafaţa
Pământului. Fără Soare nu ar exista vânt. Oamenii au folosit din cele mai vechi timpuri şi
folosesc şi astăzi energia vântului (morile de vânt, turbinele eoliene).
Acum, vei putea descoperi cu ajutorul unei turbine solare, cum datorită căldurii de la Soare
aerul este pus în mişcare.
Ai nevoie de: un carton înnegrit (coală tip A3), bandă adezivă, un foarfece, tablă subţire de
aluminiu (poate fi fundul unei cutii de băutură răcoritoare), un ac de cusut, un pai pentru
băuturi răcoritoare.
Mod de lucru: Se lucrează în grupe de 2 elevi.
1. Taie din bucata de carton un sector de cerc din care
construieşte un con. Taie vârful conului şi îndepărtează-l.
Decupează de la baza trunchiului de con 3 ferestre
dreptunghiulare prin care poate intra aerul.
2. Turbina o poţi confecţiona din tablă subţire de aluminiu.
Taie din tablă un cerc cu diametrul de aprox. 3 m. Găseşte centrul
bănuţului şi găureşte-l cu un ac. Împarte cercul în 6 sectoare egale.
Taie tabla de-a lungul celor 6 raze pe o lungime de aprox. 1,2 cm.
Îndoaie sectoarele precum la o elice.
3. Prinde cu bandă adezivă paiul de băut pe trunchiul de con şi înfige
acul în partea în care se îndoaie paiul. Acum elicea stă orizontal
deasupra deschiderii de sus a conului.
4. Aşază turbina într-un loc însorit, ferit de vânt.
Ce observi ?
___________________________________________________
___________________________________________________
Cum îţi explici ?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Radiaţiile solare încălzesc aerul din turnul de carton. Aerul cald urcă. Astfel, se produce un
curent de aer vertical care pune în mişcare turbina.
Putem spune că razele solare posedă energie.
Aceasta este transmisă aerului care se încălzeşte.
Căldura pune în mişcare aerul. Aerul în mişcare posedă energie mecanică,
deoarece pune în mişcare turbina.
Energia este ca un cameleon !
De ce spunem asta ?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
ENERGIA E.07

Project Tewise
Cartoful pe utilizat ca baterie electrică
Pentru a se dezvolta plantele au nevoie de lumina razelor solare. Putem spune că plantele
acumulează sub alte forme energia care provine de la Soare. Deci, plantele conţin energie.
Oamenii folosesc fructele, legumele şi în general plantele pentru aportul lor de vitamine, dar şi
pentru energia ce o conţin.
Acum, vei putea face un experiment uimitor: vei “extrage” energia din cartofi.
Ai nevoie de : 2 cartofi, 2 bucăţi de tablă de cupru,
electrozi (2 cm x 4 cm) , 2 bucăţi de tablă de zinc ( 2 cm
x 4 cm) , 3 conductoare ( din laboratorul de fizică), un
aparat de măsură pentru mărimi electrice ( curent şi
tensiune), un LED, un motoraş ( U

Poţi repeta experimentul cu o lămâie.
Acum ai observat că în cartof există energie. Poţi produce cu ea curent electric, care poate face
un LED să lumineze.
Cartoful cu cei 2 electrozi funcţionează ca o baterie electrică.
Spuneam că energia are caracteristicile unui cameleon şi anume se schimbă tot timpul.
În cazul « cartofului – baterie » energia primară acumulată este solară. Aceasta se schimbă în
energie chimică, care apoi se schimbă în energie electrică.
Sparge o baterie consumată. Descrie cum este ea construită !
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
ENERGIA
E.08B

Project Tewise
Energia obţinută din arderea unei alune
O alună va arde o lungă perioadă de timp, eliberând o cantitate impresionantă de căldură şi
lumină - respectiv lumina şi căldura solară pe care aluna a stocat-o în procesul de
dezvoltare. În activitatea care urmează veţi arde o alună şi veţi estima energia eliberată în
procesul arderii.
Aveţi nevoie de : alune crude, eprubetă de 20 ml, un suport pentru eprubetă (dacă nu aveţi
unul puteţi improviza conform instrucţiunilor de mai jos), o agrafă mare de birou, un borcan de
800 ml, o seringă gradată de 10 ml, riglă, o balanţă.
Confecţionează un suport pentru eprubetă :
Bate două cuie (de 25 mm lungime şi 2 mm în
diametru) într-o stinghie de 30 cm lungime (vezi poza).
Prinde stinghia cu o bandă adezivă de borcan. Fixează
agrafa la gura eprubetei şi apoi agaţ-o de cuiul de sus.
Eprubeta trebuie agăţată sub un unghi care să nu
depăşească 30 grade, iar fundul acesteia să fie la 5 cm
de centrul borcanului.
Mod de lucru (4-5 elevi în grupă):
1. Află masa unei alune întregi.
2. Montează eprubeta în stativ. Fixează eprubeta cu o
înclinare de max.30 grade. Aceasta va facilita
transferul căldurii în apă.
3. Desfă jumătate dintr-o agrafă metalică . Fixează
partea îndoită de buza borcanului, cu bandă
adezivă. Aceasta va fi suportul alunei. Reglează
capătul liber al sârmei până când acesta este la
apox. 4 cm de fundul eprubetei.
4. Umpleţi borcanul cu apă şi toarnă cu seringa 10 ml apă în eprubetă.
5. Introdu cu atenţie aluna în suportul realizat. Reglează suportul acesteia până când aluna
este la 3 cm (pe verticală) de fundul eprubetei.
6. Solicită profesorului să dea foc alunei. A nu se aprinde fără supravegherea profesorului!
7. Observă aluna care arde. Aşteptă ca aluna să ardă şi ca eprubeta să se răcească timp de
câteva minute.
E.09A
ENERGIA

8. Măsoară cantitatea de apă rămasă în eprubetă şi calculează masa de apă care s-a
evaporat.
9. Scrie observaţiile făcute: ____________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
ENERGIA
E.09B

Ce se întâmplă? **
Procesul de ardere al alunei transformă energia stocată în alună în energie luminoasă şi
căldură degajată. Când mănânci o alună, corpul tău transformă energia stocată în alună în
energia necesară funcţionării organismului.
Aluna care arde ridică temperatura apei din eprubetă de la temperatura camerei până la
temperatura de fierbere (100 0 C), apoi o parte din aceasta se evaporă.
Pentru modificarea temperaturii apei, cantitatea de energie necesară (sub formă de căldură)
este de 1 calorie pentru fiecare grad Celsius cu care creşte temperatura şi pentru fiecare gram
de apă. Pentru fierbere, cantitatea de energie necesară este de 540 calorii pentru fiecare gram
de apă fiartă. Calculaţi (în calorii) cantitatea de energie primită de apa din eprubetă prin arderea
alunei. Scrieţi rezultatul: ……………….
Fizicianul James Prescott Joule a măsurat în sec.XIX lucrul mecanic echivalent al unei calorii:
4,2 J. Calculaţi în J cantitatea de energie primită de apa din eprubetă prin arderea alunei.
Scrieţi rezultatul : _________________________
Mai departe! Ţinând cont de masa alunei pe care aţi ars-o, estimaţi în J cantitatea de energie
eliberată în procesul de ardere a 100 g alune. Comparaţi estimarea voastră cu înscrisul de pe
pachetul de alune. Este vreo diferenţă? De ce?
Toată energia eliberată prin arderea alunei este primită de apa din eprubetă? Scrieţi
consideraţiile voastre :
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Calculaţi eficienţa transferului energie de la aluna care arde la apa din eprubete (în procente):
___________________________________________________________________________
Fizicienii şi specialiştii în alimentaţie utilizează un dispozitiv cunoscut sub numele de bombă
calorimetrică pentru a măsura energia conţinută în alimente, capturând tată energia eliberată
prin arderea alimentului.
Alimentul este deshidratat, măcinat într-o pulbere fină şi plasat într-un container imersat într-o
baie de apă.
Containerul este umplut cu oxigen pur la presiune înaltă şi alimentul este apoi aprins.
Energia rezultată este eliberată rapid şi violent, similar cu o explozie. Creşterea de temperatură
a apei şi a celorlalte părţi ale dispozitivului relevă cantitatea de energie pe care o conţine
alimentul. Experimentele făcute cu bomba calorimetrică au determinat o cantitate de energie de
26kJ pentru fiecare gram de alună arsă.
Este similar cu cantitatea de energie eliberată de arderea unei aceleiaşi cantităţi de
combustibil.
E.09C
ENERGIA

Project Tewise
Energia cinetică (1)
Corpurile în mişcare pot împinge alte corpuri. Cu alte cuvinte, corpurile în mişcare pot efectua
lucru mecanic în procesul de oprire. Ele posedă o formă de energie datorată propriei mişcări:
aceasta este energia cinetică. În activitatea ce urmează veţi afla cum să calculaţi energia
cinetică a unui corp în mişcare.
În procesul de oprirea a unei maşini în mişcare, se
frânează, iar maşina parcurge o anumită distanţă pentru a
opri efectiv - aceasta este distanţa de frânare.
În tabelul alăturat sunt extrase din codul rutier britanic şi
prezentate distanţele de frânare pentru diverse viteze iniţiale. În
tabel, “mph” reprezintă “mile per oră” (1 mph = 1,61 km/h) iar “ft”
reprezintă “feet(picioare)” (1 ft = 0,305 m).
Găsiţi răspunsurile la următoarele întrebări:
1. Dacă viteza iniţială se dublează de la 20 mph la 40 mph, de
câte ori se măreşte distanţa de frânare? ______________
2. Dacă viteza iniţială se triplează de la 20 mph la 60 mph, de
câte ori se măreşte distanţa de frânare? _____________
3. Se aplică vreo relaţie între viteza iniţială şi distanţa de frânare? Scrieţi răspunsul:
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
4. Verificaţi urmatoarea relaţie cu datele din tabel: Dacă viteza iniţială este v, atunci distanţa
de frânare este proporţională cu v 2 . Care este concluzia voastră_______________________
_______________________________________________________________________
5. Transformaţi datele referitoare la frânare în
unităţi standard (m/s pentru viteză şi m pentru
distanţa de frânare). Completaţi tabelul alăturat cu
datele transformate.
6. Completaţi coloana timpului de frânare,
presupunând că viteza descreşte cu aceeaşi rată
în timpul frânării.
Care este rata cu care viteza descreşte în timpul
frânării ? _______________________
Viteza
iniţială
(m/s)
Viteza
iniţială
(mph)
Distanţa
de
frânare
(ft)
20 6
30 14
40 24
50 38
60 54
70 74
Distanţa
de
frânare
(m)
Timplul
de
frânare
(s)
ENERGIA
E.10A

Energia cinetică (2)
Ce se îmtâmplă? În timpul frânării, forţele de frecare acţionează asupra maşinii în mod
gradat, diminuând viteza acesteia. Energia cinetică a maşinii este treptat transformată în
special în căldură. Lucrul mecanic efectuat de forţele de frecare ce acţionează asupra
maşinii măsoară energia cinetică pierdută de aceasta. Atunci când finalmente maşina se
opreşte, toată energia cinetică iniţială a fost convertită în căldură. Lucrul mecanic efectuat
de forţele de frecare pe lungimea de frânare măsoară energia cinetică iniţială a maşinii:
Energia cinetică
iniţială a maşinii =
Lucrul mecanic efectuat
de forţele de frecare pe
distanţa de frânare
Însă lucrul mecanic efectuat de forţele de frânare este proporţional cu distanţa de frânare, şi
de aceea este proporţional cu pătratul vitezei iniţiale. That means:
Energia cinetică a unui corp în mişcare la o viteză v este proporţională cu v 2 .
Dacă două maşini identice opresc de la aceeaşi viteză iniţială şi parcurg aceeaşi distanţă de
frânare, mărimea forţelor de frecare care acţionază asupra fiecărei maşini este egală. Asta
înseamnă:
Energia cinetică a unui corp cu masa m este proporţională cu propria masă m.
În concluzie,
Energia cinetică a unui corp de masă m, miscându-se cu viteza v este proporţională cu
mv 2 .
Câd calculaţ distanţa de frânare, multiplicaţi viteza medie cu timpul de frânare. Presupunând
că viteza descreşte cu aceeaşi rată pe durata frânării de la viteza iniţială v, atunci viteza
1 1
medie este v . De aceea , factorul de proporţionalitate este .
2
2
Rezumând consideraţiile de mai sus, am găsit că:
1 2
Energia cinetică a unui corp cu masa m, mişcându-se cu viteza v este mv .
2
Răspundeţi la următoarele întrebări:
1. Care este energia cinetică a unei maşini cu masa de 800 kg care se deplasează cu
viteza de 50 km/h. Scrieţi mai jos calcul detaliat:
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
2. Dacă aceeaşi maşină se deplasează cu 100 km/h, care energia sa cinetică?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
ENERGIA
E.10B

Project Tewise
Lucrul mecanic consumă energia
Dacă reflectăm asupra programului zilnic al unui om vom observa că acesta poate fi comparat
şi el cu o maşină.
Ţi-ai pus vreodată întrebarea « de ce oboseşti ? » sau « de ce te culci ? » sau «de ce
mănânci ? »
În activitatea care urmează vei cerceta conţinutul energetic al unor alimente de bază şi ce
energie consumă omul în diverse activităţi.
Materiale necesare : ziare, reviste de nutriţie, internet, manuale de fizică, ambalaje de
alimente, coală de flipchart, bandă adezivă, markere, foarfecă.
Mod de lucru : Se lucrează în grupe de 4-5 elevi.
1. Decupaţi porţiunile din ambalaje pe care este înscris conţinutul energetic al alimentului.
2. Lipiţi părţile decupate pe coala de flipchart şi scrieţi alături conţinutul energetic /100 g.
3. Cercetaţi diverse manuale de fizică şi completaţi tabelul de mai jos
Activitatea
Mers pe jos( 5 Km/ h)
Mers pe bicicletă (20 Km/h)
Etc.
Consumul de energie al unui om/ minut
5 KJ
25 KJ
4. Faceţi comparaţii între energia pe care o acumulăm din anumite alimente şi energia pe care
o consumăm prin lucru mecanic în diferite activităţi.
5. Prezentaţi concluziile în faţa clasei.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Trebuie să ştiţi că pentru organismul uman se poate calcula un bilanţ energetic. O parte din
energia ingerată cu alimentele este consumată chiar pentru procesul de mâncare şi digerare,
o altă parte este consumată pentru menţinerea temperaturii constante a corpului, iar cea mai
mare parte pentru efort muscular.
E.11
ENERGIA

Project Tewise
Înmagazinarea (stocarea) energiei
Ce mai mare parte din activitatea zilnică a omului depinde de energie. Atunci când
merge, când împinge un cărucior sau o roabă, când studiază sau scrie o carte omul
consumă energie. Este adevărat că pentru a-şi uşura munca omul a inventat o
multitudine de aparate, maşini şi mecanisme. Dar toate acestea consumă energie.
Vei cerceta unde şi sub ce formă se află înmagazinată această energie în natură, după
care vei cerceta acelaşi lucru în tehnică.
Ai nevoie de: ziare şi reviste vechi, o coală de flipchart, markere, adeziv, foarfece.
Mod de lucru: Se va lucra în grupe de 4-5 elevi.
1. Fiecare component al grupei face o listă cu sursele de energie din natură şi o alta cu
modalităţile (formele) de înmagazinare a energiei inventate de om (din tehnică).
2. Discutaţi listele după care realizaţi lista grupei.
3. Decupaţi din ziare şi reviste de popularizare a ştiinţei şi tehnicii cele mai
reprezentative imagini pentru lista voastră.
4. Lipiţi aceste imagini pe o coală de flipchart şi scrieţi sub fiecare ce reprezintă.
Realizaţi o dezbatere pe tema: Ce forme de energie pot fi înmagazinate/stocate?
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
ENERGIA E.12

Project Tewise
Ce înseamnă energia pentru mine ?
Cuvântul energie îl folosim în viaţa de zi cu zi, chiar înainte de a-l învăţa la fizică. Am
pronunţat acest cuvânt acasă şi la joacă şi l-am văzut adesea în ziare şi reviste.
Aici vei încerca, împreună cu colegii tăi să pătrunzi mai mult semnificaţia pe care o dau
oamenii acestui cuvânt. De asemenea, te vei gândi ce înţelegi tu prin energie.
Mod de organizare : Colectivul clasei va fi împărţit în grupe de 5-6 elevi. Fiecare grupă se
va aşeza în jurul unei mese.
Aveţi nevoie de: coli de hârtie A4, pixuri, markere, o coală de flichart.
Sarcini de lucru:
1. Fiecare elev va scrie, individual, pe coală cel puţin o propoziţie în care foloseşte cuvântul
energie.
2. Propoziţiile vor fi citite în grupă, vor fi discutate şi analizate.
3. Grupa va încerca să răspundă printr-o propoziţie scurtă la întrebarea „Ce este energia ?”
în fiecare caz analizat.
4. Rezultatele activităţii vor fi trecute pe o coală de flipchart, astfel:
1.
2. …
Propoziţia Ce este energia ?
5. Câte un membru al fiecărei grupe va prezenta în faţa colectivului clase rezultatele
activităţii de pe colile de flipchart.
6. Etalaţi toate colile de flipchart pe un perete al clasei ca la o expoziţie.
7. Toţi elevii din clasă vor trece prin faţa colilor expuse şi vor analiza enunţurile încă odată
cu atenţie.
8. Fiecare elev va bifa o singură definiţie de pe una din colile de flipchart la care el nu a
lucrat.
9. Un colectiv format din 2 elevi va selecta pe o coală de flipchar 3 dintre definiţiile care au
întrunit cel mai mare număr de bife.
E.13
ENERGIA