SCIENZE DA SCOPRIRE VOLUME 1

2 La massa, il peso, la densità, il peso specifico Un’altra caratteristica della materia è la massa. Che cos’è la massa? Quanta massa ha un corpo? La massa è la quantità di materia che forma un corpo. Come il volume, è una grandezza misurabile. Lo strumento che si usa per misurare la massa è la bilancia a due piatti ( 1 ), che forse hai potuto osservare nel laboratorio di Scienze. La bilancia è corredata da una “massiera”, costituita da masse campione che possono andare da alcune frazioni di grammo a qualche centinaio di grammi ( a ). Si pone su uno dei due piatti l’oggetto di cui si vuole misurare la massa; i due piatti si sbilanciano, uno sale e l’altro scende ( b ); per far tornare i piatti alla stessa altezza, in equilibrio, bisogna mettere sul piatto che si trova più in alto le masse campione necessarie ( c ). Addizionando le misure delle varie masse campione usate, si misura la massa dell’oggetto ( d ). Nel Sistema Internazionale di Misura, l’unità di misura della massa è il kilogrammo (kg). Spesso, nella vita quotidiana, le parole “massa” e “peso” vengono usate indifferentemente; corrispondono invece a due concetti fisici diversi. Analizza Quanta massa ha la mela? Che cos’è il peso? Quale differenza c’è tra massa e peso? Qualsiasi oggetto sulla Terra o nelle sue vicinanze ne viene “attratto” da una forza, detta forza di gravità. Il peso di un corpo è la misura di tale forza. Se il corpo si trovasse, per esempio, sulla Luna, il suo peso cambierebbe, perché sulla Luna la forza di gravità è di circa sei volte inferiore alla forza di gravità presente sulla Terra. La massa del corpo, invece, non cambierebbe: è la stessa ovunque. Il peso di un corpo cambia addirittura in luoghi diversi sulla Terra, anche se di poco: al Polo Nord pesa di più che all’Equatore perché la Terra è leggermente schiacciata ai Poli e più il corpo è vicino al centro della Terra e più pesa, perché maggiore è la forza di gravità ( 2 ). L’unità di misura del peso nel Sistema Internazionale è il newton (N), ma si usa anche il kilogrammo-peso (kg-peso). 1 newton vale 102 grammi, quindi circa un ettogrammo-peso. Lo strumento che si usa per il peso è il dinamometro ( a ), che funziona grazie all’allungamento di una molla a cui si aggancia il corpo da pesare. L’allungamento fornisce il peso del corpo, che si legge su una scala graduata in modo opportuno. La maggior parte delle bilance, quelle che si usano a casa ( b ) o che vedi nei negozi ( c ), sono in realtà dei dinamometri. E lo sono anche quelle elettroniche: in esse un circuito elettronico traduce la deformazione della molla in numero di grammi e lo scrive su un visualizzatore. Nella bilancia pesa persone ( d ) la molla interna si comprime quando si sale sulla pedana e si deforma: l’entità della deformazione viene tradotta in kilogrammi. 2 La stessa massa ha pesi diversi a seconda della forza di gravità che subisce. HAI CAPITO CHE... Il peso è la misura della forza di gravità con la quale viene attratto un corpo. La massa di un corpo non cambia ovunque esso si trovi. Che cos’è la densità di un corpo? E il peso specifico? L’illustrazione della figura 3 si riferisce a un esperimento con due tipi diversi di materia, cioè due diverse sostanze: 1 litro di acqua e 1 litro di olio, all’interno di due bottiglie uguali, sono confrontati su una bilancia a due bracci. È evidente che lo stesso volume di olio ha una massa minore di quella dell’acqua: il piatto su cui è posto l’olio, infatti, sale. Si può allora dire che: volumi uguali di sostanze diverse hanno diversa massa. Sulla bilancia di figura 4 sono ora confrontati 100 grammi di acqua e 100 grammi di olio, posti in cilindri graduati uguali. Si osserva che il volume dell’olio è maggiore di quello della stessa massa di acqua. Si può perciò dire che: masse uguali di sostanze diverse hanno volumi diversi. La quantità di materia contenuta in 1 litro di olio è minore di quella contenuta in un litro di acqua: questa proprietà della materia è la densità. La densità si ottiene dividendo la massa di un corpo per il suo volume ed è definita come la massa dell’unità di volume. In formula: d = m / V dove: d = densità; m = massa; V = volume. L’unità di misura della densità è il gm/cm3 oppure il kgm/m3. Impropriamente la densità viene confusa con il peso specifico; questo perché, all’atto pratico, in uno stesso luogo sulla Terra densità e peso specifico corrispondono. Se invece di considerare la massa di un corpo consideri il suo peso e lo dividi per il su volume, ottieni il peso specifico, che è definito come il peso dell’unità di volume. In formula: ps = P / V dove ps = peso specifico; P = peso; V = volume. L’unità di misura del peso specifico è il gp/cm3 oppure il kgp/m3. Analizza Qual è il volume delle due sostanze? Quale sostanza ha massa minore? Da che cosa lo deduci? Contiene meno materia 1 litro di acqua o 1 litro di olio? Qual è la massa delle due sostanze? Quale sostanza occupa uno spazio maggiore? Da che cosa lo deduci? HAI CAPITO CHE... La densità di un corpo si ottiene dividendo la sua massa per il suo volume. Il peso specifico di un corpo si ottiene dividendo il suo peso per il suo volume. Densità e peso specifico corrispondono nello stesso luogo della Terra. Come varia la densità nelle diverse sostanze? Nella tabella puoi leggere la densità di alcune sostanze; come vedi, è stata presa come riferimento l’acqua distillata, la cui densità è 1 kg / dm3. Hanno densità maggiore di 1 le sostanze per le quali 1 dm3 ha massa maggiore di 1 kg; hanno densità minore di 1 quelle sostanze per le quali 1 dm3 ha massa minore di 1 kg. La tabella rappresenta anche i pesi specifici delle stesse sostanze sulla Terra. È importante notare la temperatura di riferimento alla quale è stata misurata la densità delle varie sostanze. La temperatura è infatti un fattore che può far cambiare la densità. Come vedi, i solidi hanno in gran parte densità maggiori di quelle dell’acqua; fanno eccezione il ghiaccio ( 5 ), che è acqua solida, e alcuni legni. Tra i liquidi spiccano il mercurio e la gli- cerina, con densità maggiori dell’acqua. 5 Il ghiaccio ha densità minore dell’acqua, quindi galleggia. per saperne di più Due nuove formule Conoscendo la densità (d) di un corpo e il suo volume (V) puoi ottenere con un semplice calcolo la massa (m) di quel corpo: d = m / V perciò m = d × V In modo analogo è possibile trovare il volume di un corpo di cui si conosce la densità e la massa: V = m / d Ora mettiti alla prova 1. Calcola la massa dell’aria contenuta in un palloncino sapendo che occupa un volume di 5 dm3. 2. Calcola il volume dell’olio di oliva contenuto in un bicchiere sapendo che la sua massa è 434 g. >> VERSO LE COMPETENZE Osserva e spiega Nel 1969 l’uomo è stato per la prima volta sulla Luna. I filmati che arrivarono sulla Terra mostravano gli astronauti “galleggiare” invece di camminare come normalmente si fa sulla Terra. Sai spiegare perché? Osserva, calcola e rispondi a. Calcola il peso sulla Terra di un uomo che sulla Luna pesa 12 kgp ... b. Calcola quale sarebbe il tuo peso sulla Luna ... c. Che cosa succederebbe alla tua massa se andassi sulla Luna? Osserva e spiega Le confezioni di alimenti della fotografia hanno lo stesso peso. Quale? Hanno anche lo stesso volume? Perché? Osserva e calcola Calcola il peso specifico delle sostanze illustrate tenendo conto che ai grammi-peso (gp) devono corrispondere i centimetri cubi (cm3). >> LABORATORIO Calcola il peso specifico di un sasso eseguendo l’esperimento Materiali sasso - bilancia - cilindro graduato - acqua Esecuzione a. misura il volume del sasso b. poni il sasso sulla bilancia c. annota il volume V in cm3 e il peso P in grammi Risultati - usando la formula ps = P / V calcola il peso specifico del sasso ......................... - in quale unità è espresso? ......................... - trasforma il V in dm3 e il P in kgp ......................... ......................... - calcola di nuovo il peso specifico ......................... - che cosa noti? ..................................................................
2 La massa, il peso, la densità, il peso specifico Un’altra caratteristica della materia è la massa. Che cos’è la massa? Quanta massa ha un corpo? La massa è la quantità di materia che forma un corpo. Come il volume, è una grandezza misurabile. Lo strumento che si usa per misurare la massa è la bilancia a due piatti ( 1 ), che forse hai potuto osservare nel laboratorio di Scienze. La bilancia è corredata da una “massiera”, costituita da masse campione che possono andare da alcune frazioni di grammo a qualche centinaio di grammi ( a ). Si pone su uno dei due piatti l’oggetto di cui si vuole misurare la massa; i due piatti si sbilanciano, uno sale e l’altro scende ( b ); per far tornare i piatti alla stessa altezza, in equilibrio, bisogna mettere sul piatto che si trova più in alto le masse campione necessarie ( c ). Addizionando le misure delle varie masse campione usate, si misura la massa dell’oggetto ( d ). Nel Sistema Internazionale di Misura, l’unità di misura della massa è il kilogrammo (kg). Spesso, nella vita quotidiana, le parole “massa” e “peso” vengono usate indifferentemente; corrispondono invece a due concetti fisici diversi. Analizza Quanta massa ha la mela? Che cos’è il peso? Quale differenza c’è tra massa e peso? Qualsiasi oggetto sulla Terra o nelle sue vicinanze ne viene “attratto” da una forza, detta forza di gravità. Il peso di un corpo è la misura di tale forza. Se il corpo si trovasse, per esempio, sulla Luna, il suo peso cambierebbe, perché sulla Luna la forza di gravità è di circa sei volte inferiore alla forza di gravità presente sulla Terra. La massa del corpo, invece, non cambierebbe: è la stessa ovunque. Il peso di un corpo cambia addirittura in luoghi diversi sulla Terra, anche se di poco: al Polo Nord pesa di più che all’Equatore perché la Terra è leggermente schiacciata ai Poli e più il corpo è vicino al centro della Terra e più pesa, perché maggiore è la forza di gravità ( 2 ). L’unità di misura del peso nel Sistema Internazionale è il newton (N), ma si usa anche il kilogrammo-peso (kg-peso). 1 newton vale 102 grammi, quindi circa un ettogrammo-peso. Lo strumento che si usa per il peso è il dinamometro ( a ), che funziona grazie all’allungamento di una molla a cui si aggancia il corpo da pesare. L’allungamento fornisce il peso del corpo, che si legge su una scala graduata in modo opportuno. La maggior parte delle bilance, quelle che si usano a casa ( b ) o che vedi nei negozi ( c ), sono in realtà dei dinamometri. E lo sono anche quelle elettroniche: in esse un circuito elettronico traduce la deformazione della molla in numero di grammi e lo scrive su un visualizzatore. Nella bilancia pesa persone ( d ) la molla interna si comprime quando si sale sulla pedana e si deforma: l’entità della deformazione viene tradotta in kilogrammi. 2 La stessa massa ha pesi diversi a seconda della forza di gravità che subisce. HAI CAPITO CHE... Il peso è la misura della forza di gravità con la quale viene attratto un corpo. La massa di un corpo non cambia ovunque esso si trovi. Che cos’è la densità di un corpo? E il peso specifico? L’illustrazione della figura 3 si riferisce a un esperimento con due tipi diversi di materia, cioè due diverse sostanze: 1 litro di acqua e 1 litro di olio, all’interno di due bottiglie uguali, sono confrontati su una bilancia a due bracci. È evidente che lo stesso volume di olio ha una massa minore di quella dell’acqua: il piatto su cui è posto l’olio, infatti, sale. Si può allora dire che: volumi uguali di sostanze diverse hanno diversa massa. Sulla bilancia di figura 4 sono ora confrontati 100 grammi di acqua e 100 grammi di olio, posti in cilindri graduati uguali. Si osserva che il volume dell’olio è maggiore di quello della stessa massa di acqua. Si può perciò dire che: masse uguali di sostanze diverse hanno volumi diversi. La quantità di materia contenuta in 1 litro di olio è minore di quella contenuta in un litro di acqua: questa proprietà della materia è la densità. La densità si ottiene dividendo la massa di un corpo per il suo volume ed è definita come la massa dell’unità di volume. In formula: d = m / V dove: d = densità; m = massa; V = volume. L’unità di misura della densità è il gm/cm3 oppure il kgm/m3. Impropriamente la densità viene confusa con il peso specifico; questo perché, all’atto pratico, in uno stesso luogo sulla Terra densità e peso specifico corrispondono. Se invece di considerare la massa di un corpo consideri il suo peso e lo dividi per il su volume, ottieni il peso specifico, che è definito come il peso dell’unità di volume. In formula: ps = P / V dove ps = peso specifico; P = peso; V = volume. L’unità di misura del peso specifico è il gp/cm3 oppure il kgp/m3. Analizza Qual è il volume delle due sostanze? Quale sostanza ha massa minore? Da che cosa lo deduci? Contiene meno materia 1 litro di acqua o 1 litro di olio? Qual è la massa delle due sostanze? Quale sostanza occupa uno spazio maggiore? Da che cosa lo deduci? HAI CAPITO CHE... La densità di un corpo si ottiene dividendo la sua massa per il suo volume. Il peso specifico di un corpo si ottiene dividendo il suo peso per il suo volume. Densità e peso specifico corrispondono nello stesso luogo della Terra. Come varia la densità nelle diverse sostanze? Nella tabella puoi leggere la densità di alcune sostanze; come vedi, è stata presa come riferimento l’acqua distillata, la cui densità è 1 kg / dm3. Hanno densità maggiore di 1 le sostanze per le quali 1 dm3 ha massa maggiore di 1 kg; hanno densità minore di 1 quelle sostanze per le quali 1 dm3 ha massa minore di 1 kg. La tabella rappresenta anche i pesi specifici delle stesse sostanze sulla Terra. È importante notare la temperatura di riferimento alla quale è stata misurata la densità delle varie sostanze. La temperatura è infatti un fattore che può far cambiare la densità. Come vedi, i solidi hanno in gran parte densità maggiori di quelle dell’acqua; fanno eccezione il ghiaccio ( 5 ), che è acqua solida, e alcuni legni. Tra i liquidi spiccano il mercurio e la gli- cerina, con densità maggiori dell’acqua. 5 Il ghiaccio ha densità minore dell’acqua, quindi galleggia. per saperne di più Due nuove formule Conoscendo la densità (d) di un corpo e il suo volume (V) puoi ottenere con un semplice calcolo la massa (m) di quel corpo: d = m / V perciò m = d × V In modo analogo è possibile trovare il volume di un corpo di cui si conosce la densità e la massa: V = m / d Ora mettiti alla prova 1. Calcola la massa dell’aria contenuta in un palloncino sapendo che occupa un volume di 5 dm3. 2. Calcola il volume dell’olio di oliva contenuto in un bicchiere sapendo che la sua massa è 434 g. >> VERSO LE COMPETENZE Osserva e spiega Nel 1969 l’uomo è stato per la prima volta sulla Luna. I filmati che arrivarono sulla Terra mostravano gli astronauti “galleggiare” invece di camminare come normalmente si fa sulla Terra. Sai spiegare perché? Osserva, calcola e rispondi a. Calcola il peso sulla Terra di un uomo che sulla Luna pesa 12 kgp ... b. Calcola quale sarebbe il tuo peso sulla Luna ... c. Che cosa succederebbe alla tua massa se andassi sulla Luna? Osserva e spiega Le confezioni di alimenti della fotografia hanno lo stesso peso. Quale? Hanno anche lo stesso volume? Perché? Osserva e calcola Calcola il peso specifico delle sostanze illustrate tenendo conto che ai grammi-peso (gp) devono corrispondere i centimetri cubi (cm3). >> LABORATORIO Calcola il peso specifico di un sasso eseguendo l’esperimento Materiali sasso - bilancia - cilindro graduato - acqua Esecuzione a. misura il volume del sasso b. poni il sasso sulla bilancia c. annota il volume V in cm3 e il peso P in grammi Risultati - usando la formula ps = P / V calcola il peso specifico del sasso ......................... - in quale unità è espresso? ......................... - trasforma il V in dm3 e il P in kgp ......................... ......................... - calcola di nuovo il peso specifico ......................... - che cosa noti? ..................................................................