In questa unità di scienze fisiche, gli studenti esploreranno il modo in cui gli oggetti si muovono e indagheranno anche le forze che agiscono su di essi. Il movimento e la forza sono concetti chiave nelle scienze fisiche. Tutte le cose nell'universo sono costantemente in movimento e influenzate da forze equilibrate e sbilanciate, come la gravità.
Una forza sbilanciata che agisce su un oggetto ne modifica la velocità e/o la direzione del movimento. Se le forze sono bilanciate, l'oggetto sarà fermo. Se le forze che agiscono sull'oggetto sono sbilanciate, questo si muoverà. In questa Unità, gli studenti sperimenteranno le forze bilanciate e sbilanciate sulla Super Car.
Cos'è la Forza?
La forza è una spinta o una trazione su un oggetto. Quando la forza viene applicata a un oggetto e anche quella forza non si oppone, cambierà il movimento di un oggetto. Esistono forze equilibrate e forze sbilanciate. Le forze uguali ma opposte in direzioni sono chiamate forze equilibrate. Le forze bilanciate non causano il movimento di un oggetto.
Un esempio di forza equilibrata potrebbe essere rappresentato da due gruppi di persone che giocano al tiro alla fune con la stessa quantità di forza. Ciò farebbe sì che la corda rimanga in posizione, poiché le forze opposte esercitate su entrambi i lati sono equivalenti. Tuttavia, le forze sbilanciate causeranno lo spostamento di uno o più oggetti.
Se entrambi i lati vengono tirati con la stessa forza, la corda non si muove e nemmeno le persone che tirano. Tuttavia, se la forza di trazione è maggiore da un lato, la corda si muoverà così come le persone dall'altro lato.
Gravità o forze gravitazionali sono forze di attrazione. Sulla Terra, la gravità è la forza che la Terra esercita su di noi, attirandoci e tenendoci a terra. Questa forza determina ciò che pesiamo, l'altezza di una palla al volo o qualsiasi altra forza fisica sul pianeta.

In questa unità, gli studenti sperimenteranno la forza gravitazionale bilanciata e sbilanciata posizionando la loro Super Car senza motore in cima a una rampa.

Durante il Lab 5, gli studenti verranno introdotti alla velocità attraverso l'uso di VEXcode GO per modificare le impostazioni di velocità della Code Super Car. La velocità è una misura della velocità e della direzione in cui un oggetto si sta muovendo. Se gli studenti riducono la velocità della Code Super Car, ridurrà la quantità di forza della Code Super Car. Forze bilanciate faranno sì che la velocità della Code Super Car rimanga costante. Una forza sbilanciata causerebbe l'accelerazione o la decelerazione della Code Super Car.
Cos'è il movimento?
Il movimento è movimento. Questo movimento può essere analizzato osservando e misurando la distanza percorsa da un oggetto, la velocità con cui si muove e la direzione in cui si muove. Più precisamente, il movimento può essere descritto utilizzando le tre leggi di Newton.
Prima legge del moto di Newton
Prima legge del movimento di Newton: afferma che un oggetto a riposo rimane a riposo e un oggetto in movimento rimane in movimento, a meno che non intervenga una forza sbilanciata o esterna.
Quando gli oggetti sono a riposo, è più facile per gli studenti capire perché sono a riposo. Tuttavia, quando gli oggetti si muovono e poi rallentano gradualmente o si fermano improvvisamente a causa di alcune forze come l'attrito o la gravità, questi concetti spesso non sono facilmente visibili. Pertanto, sono più difficili da concettualizzare. Gli oggetti in quiete sono spesso dovuti a forze in equilibrio su quell'oggetto. Quando un oggetto si muove, continuerà a muoversi finché non agirà su di esso una forza sbilanciata o esterna. Ad esempio, se lanci una palla giù da una collina, continuerà a rotolare finché non colpisce qualcosa o si stabilizza su una superficie piana e rallenta a causa dell'attrito e/o della gravità.
Seconda legge del moto di Newton
Seconda Legge del Moto di Newton: afferma che l'accelerazione di un oggetto dipende dalla massa di un oggetto e dalla forza che agisce su di esso. La legge definisce una forza pari alla massa per l'accelerazione. (cioè F = m*a).
Maggiore è la forza applicata a un oggetto, più l'oggetto ne risente. Ci sono molte condizioni da considerare. Ad esempio, quanto è pesante o grande l'oggetto? Più l'oggetto è pesante o grande, maggiore sarà la forza necessaria per spostarlo.
Terza legge del moto di Newton
Terza Legge del Moto di Newton: afferma che per ogni azione esiste una reazione uguale e contraria. In altre parole, se l'oggetto 1 esercita una forza sull'oggetto 2, allora anche l'oggetto 2 esercita una forza uguale sull'oggetto 1.
Pensa a sederti su una sedia. La forza con cui ti siedi deve essere contrastata da una forza esercitata verso l'alto, altrimenti la sedia crollerebbe. In termini di forze bilanciate e sbilanciate, quando le forze sono bilanciate, un oggetto non si muove ed è fermo. Ad esempio, pensa a te che spingi il braccio contro il muro. La forza del tuo braccio è bilanciata con la forza esercitata dal muro per rimanere fermo. Le forze possono anche essere sbilanciate. Quando le forze sono sbilanciate, gli oggetti si muovono. Ciò è dovuto al fatto che una forza è maggiore di un'altra.
Cosa sono gli ingranaggi?
Gli ingranaggi sono ruote con denti attorno ai bordi utilizzati per trasferire la forza da una posizione all'altra. Questo può essere fatto con ingranaggi della stessa dimensione per trasferire la stessa forza o utilizzando ingranaggi di dimensioni diverse per creare un vantaggio in termini di velocità o potenza durante il trasferimento della forza.
Esistono due tipi di vantaggi meccanici che gli ingranaggi possono creare. Un vantaggio meccanico si verifica quando è necessaria meno forza per eseguire la stessa quantità di lavoro perché viene utilizzata una macchina semplice (in questo caso: ingranaggi) per aumentare e modificare la direzione della forza applicata. Un vantaggio meccanico può essere regolato per soddisfare esigenze specifiche. Quando due ingranaggi della stessa dimensione vengono ingranati insieme, si crea un trasferimento di potenza con rapporto 1-1. Altri due tipi di vantaggio meccanico sono la velocità e la coppia.

In relazione al modo in cui si muovono gli ingranaggi, c'è un ingranaggio conduttore e un ingranaggio condotto. Una marcia motrice è la marcia che trasmette o trasmette potenza a un'altra marcia. Un ingranaggio condotto è l'ingranaggio spinto in avanti da un altro ingranaggio.
La coppia è un vantaggio meccanico che rende più potente l'uscita di un ingranaggio o di una macchina condotta. La coppia viene creata quando un ingranaggio più piccolo aziona un ingranaggio più grande. Sono necessarie più rotazioni dell'ingranaggio più piccolo per far compiere all'ingranaggio più grande un giro completo.
La velocità è la distanza percorsa da un oggetto nel tempo ed è un vantaggio meccanico che rende più veloce l'uscita dell'ingranaggio o della macchina condotta. Questo vantaggio si crea quando un ingranaggio più grande aziona un ingranaggio più piccolo.
La velocità è inversamente proporzionale alla coppia. Se si desidera la velocità in uscita, è necessario ridurre la coppia. È vero anche il contrario, se si desidera più coppia o potenza come uscita, la velocità diminuirà.
Il kit VEX GO ha quattro tipi di ingranaggi: il Red Gear ha 8 denti, il Green Gear ha 16 denti, il Blue Gear ha 24 denti e il Pink Gear ha 24 denti. Gli ingranaggi rosso, verde e blu possono trasferire velocità e coppia. Il Pink Gear non ha un foro quadrato al centro ed è un ingranaggio "folle". Viene spesso utilizzato per trasferire la coppia da una posizione all'altra, senza modificare il rapporto di trasmissione.