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Il problema della durata delle funi metalliche PROBLEMI

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Academic year: 2022

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E m a n u e l e F i l i b e r t o la dotò nel 1573 di un canaletto d ' a c q u a per- m a n e n t e , deviato dalla Dora Ri- p a r i a p e r « ragione di p u b b l i c a politezza » che si scaricava n e l fos- sato del Castello oltre i bastioni verso P o , e la via da allora si c h i a m ò contrada Dora Grossa. E il n o m e m a n t e n n e p e r oltre t r e se- coli, fino a q u a n d o cioè n o n ebbe

il privilegio di assumere quello at- tuale a r i c o r d o , p i ù che di un n o m e , di un m i t o e di u n ' e p o p e a . E n o n a caso venne scelto questo n o m e . Chi entra in via G a r i b a l d i dalla piazza Castello, verso sera, con t e m p o sereno, a p p e n a si at- t e n u a il sole accecante vede, « sul- la bianca cortina delle Alpi che chiude la via a p o n e n t e , fra i va-

p o r i del crepuscolo, disegnarsi u n a grande o m b r a che p a r e a b b i a rossa la veste e b i o n d a la capelliera ».

È quella, disse il Carducci : « l'om- b r a d e l l ' E r o e d ' I t a l i a che veglia sulle Alpi della Sua P a t r i a ».

Piero Viotto

Nota. - Mi è gradito porgere un vivo elogio al Prof. Oreste Scaglione, che ha eseguito i disegni qui riprodotti con animo d'artista e pazienza da certosino.

Il problema della durata delle funi metalliche

Un esempio di ricerca applicata condotta in collaborazione tra Università, Enti di controllo ed Industria

Premesse alcune notizie sull'impostazione di una ricerca applicata sulla fatica delle funi in collaborazione tra Politecnico, Enti Statali e Industria, vengono illustrati i concetti delle prove, le premesse per uno studio sistematico, il programma dell'indagine sperimentale, sottolineando l'interesse scientifico e tecnico

del problema.

L'esito di u n a p r i m a serie di esperienze sulla d u r a t a delle funi metalliche e le prospettive di estensione della ricerca, ci p a i o n o meritevoli di se- gnalazione sotto un duplice profilo. Da un lato p e r l'interesse scientifico e tecnico dello studio di un p r o b l e m a complesso ed a n c o r a poco n o t o ; d a l l ' a l - t r o perchè l'indagine in p a r o l a offre un valido esem- pio dell'utilità di u n a feconda collaborazione tra Università, I n d u s t r i a ed Amministrazioni Statali che si sta a t t u a l m e n t e concretando n e l l ' a m b i t o torinese e che si confida di estendere u l t e r i o r m e n t e .

R i p r e n d e n d o un'iniziativa a suo t e m p o realiz- zata dal compianto Prof. Guidi e ricollegandosi a vaste esperienze condotte in m a t e r i a all'estero, il L a b o r a t o r i o Sperimentale d e l l ' I s t i t u t o di Scienza delle Costruzioni del Politecnico di T o r i n o in u n i o n e con l'annesso Centro Studi del Consiglio Nazionale delle Ricerche ha recentemente messo in servizio u n a macchina p e r la prova di fatica a flessione- trazione delle funi m e t a l l i c h e . Lo scopo dell'attrez- zatura è di fornire un m e t o d o di prova del flessi- bile in condizioni simili a quelle di esercizio, inte- grando le consuete prove regolamentari di trazione statica e sui fili.

È infatti n o t o che funi aventi caratteristiche ap- p a r e n t e m e n t e analoghe (identico d i a m e t r o , medesi- ma resistenza a trazione dei fili, carico di r o t t u r a statico poco diverso), rivelano in servizio differenze di d u r a t a notevoli e talvolta rilevanti, in d i p e n d e n z a soprattutto delle caratteristiche dell'acciaio, delle m o d a l i t à di lavorazione, del t i p o di formazione.

Una p r i m a serie di p r o v e , condotta p e r conto di u n a Amministrazione Statale, ha avuto p e r og- getto il confronto t r a funi di p r o d u z i o n e n a z i o n a l e e di p r o d u z i o n e tedesca, consentendo interessanti constatazioni su cospicue differenze di d u r a t a . Sono

state allora eseguite a l t r e esperienze su a l t r i t i p i di fune, p e r c o m p l e t a r e lo studio p r e l i m i n a r e della m a c c h i n a e dei m e t o d i di p r o v a . I risultati di questa p r i m a fase della r i c e r c a h a n n o costituito l ' a r g o m e n t o di u n a comunicazione al 2° Convegno Nazionale dei T r a s p o r t i F u n i v i a r i i , tenutosi nel settembre 1952 a Bolzano (1).

P o i c h è l'interesse per il p r o b l e m a è a p p a r s o tale da giustificare un'estensione della ricerca, il Labo- ratorio Sperimentale dei Materiali da Costruzione del Politecnico ha r i t e n u t o o p p o r t u n o invitare alla collaborazione gli esperti in m a t e r i a : Professori Universitari, progettisti, funzionari del Ministero dei T r a s p o r t i e di altri E n t i interessati, industriali, utilizzatori.

In due recenti riunioni il p r o b l e m a è stato at- t e n t a m e n t e esaminato nei suoi vari aspetti di ricerca scientifica, di analogia col p r o b l e m a della fatica nei metalli, di pratica applicazione p e r il controllo ed il collaudo.

Si è concluso concretando un p r o g r a m m a di ri- cerche sistematiche che illustreremo b r e v e m e n t e ed a cui collaborano, n e l l ' a m b i t o della rispettiva com- petenza, E n t i e tecnici interessati alla questione, m e n t r e le I n d u s t r i e fabbricanti m e t t o n o a disposi- zione p e r le prove funi sperimentali a p p o s i t a m e n t e cordate.

Q u e s t ' u n i o n e a t t o r n o a d u n Istituto Universitario di esperti, di Enti statali, di industriali, al fine di istituire u n a ricerca s p e r i m e n t a l e di interesse co- m u n e ci p a r e v e r a m e n t e degna di essere sottolineata.

(1) U. ROSSETTI, Prove di fatica a flessione - trazione su funi metalliche — Atti del 2° Convegno Nazionale Tra- sporti funiviari — A cura dell'Ispettorato Generale M.C.T.C.

del Ministero dei trasporti.

ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO- NUOVA SERIE - ANNO 7 - N. 4 - APRILE 1953

Impostazione del problema. — Lo studio del c o m p o r t a m e n t o in esercizio dei flessibili metallici è stato affrontato sia all'estero che in Italia dal p u n t o di vista teorico e da quello s p e r i m e n t a l e . P e r limitarci a citare due fonti italiane assai note, ricor- d i a m o la chiara impostazione del p r o b l e m a conte- nuta nel testo di Meccanica Applicata del P a - netti (2) ed i r i p e t u t i r i c h i a m i in m e r i t o nel testo dello Zignoli (3), che r i p o r t a altresì risultati speri- m e n t a l i di ricercatori stranieri.

All'estero, e segnatamente nei Paesi anglosas- soni ed in G e r m a n i a (4), sono stati effettuati studi approfonditi e vaste serie di prove, con risultati assai significativi. Ci si p o t r e b b e a questo p u n t o d o m a n d a r e se, di fronte ad un già esteso m a t e r i a l e sperimentale straniero, fosse necessario i n t r a p r e n - dere u n a indagine italiana, forzatamente limitata, del p r o b l e m a .

Si è concordemente r i t e n u t o di dover r i s p o n d e r e affermativamente, anzitutto p e r le difficoltà di uti- lizzare i risultati dei lavori stranieri, i q u a l i , svolti in epoche diverse, e con scopi spesso particolari, sono assai difficili da utilizzare organicamente. In secondo luogo perchè il p r o b l e m a della d u r a t a di un flessibile è s o p r a t t u t t o funzione dell'acciaio, del- la lavorazione, della formazione: t u t t i fattori che variano in misura p i ù o m e n o grande da un Paese a l l ' a l t r o e persino da u n a F a b b r i c a a l l ' a l t r a . Infine perchè l'istituzione di un m e t o d o di prova facil- m e n t e effettuabile poteva consentire l'esecuzione di confronti con situazioni locali, un d i r e t t o controllo dei risultati di L a b o r a t o r i o , un r a p i d o collaudo della p r o d u z i o n e .

P e r chiarire gli scopi d e l l ' i n d a g i n e ed illustrare l'interesse della ricerca a cui ci accingiamo, ripor- tiamo alcuni d i a g r a m m i ottenuti nelle p r i m e serie di prove ( u n a t r e n t i n a ) . Precisiamo (1) che l'espe- rienza si svolge su di u n ' a p p o s i t a m a c c h i n a che pone in movimento alternativo di va e vieni, con frequenza di u n ' a l t e r n a n z a al secondo il flessibile avvolto sulla puleggia di prova e teso con un carico prefissato, fino alla r o t t u r a p e r fatica.

Nel d i a g r a m m a 1 sono r i u n i t i i risultati otte- n u t i su t r e funi nazionali di corrente p r o d u z i o n e : in o r d i n a t e è r i p o r t a t o il valore del r a p p o r t o dia- m e t r o p u l e g g i a / d i a m e t r o fune, in ascisse la d u r a t a corrispondente della f u n e : la curva è ottenuta rac- c o r d a n d o i valori di t r e prove a r a p p o r t i crescenti.

T u t t e le funi sono a sei trefoli e p r e c i s a m e n t e : la 1a èa 144 fili e 7 a n i m e , la 2a a 222 fili e 1 a n i m a , la 3a a 114 fili ed 1 a n i m a tessile.

Dalle t r e curve si p u ò n o t a r e un c o m p o r t a m e n t o analogo p e r queste funi, ben definito qualitativa- m e n t e : si rileva infatti un notevole a u m e n t o di du- rata al passare dal r a p p o r t o 20 al r a p p o r t o 2 5 , un lieve a u m e n t o al passare dal r a p p o r t o 25 al 30.

Se ne p o t r e b b e t r a r r e la conclusione (in attesa di ulteriori conferme), che p e r ciascuna formazione, sotto un d e t e r m i n a t o carico, esiste un valore o t t i m o

(2) M. PANETTI, Meccanica Applicata alle macchine - III Volume.

(3) V. ZIGNOLI, Trasporti Meccanici - Hoepli 1952.

(*) Si vedano tra l'altro i resoconti della Commissione Reale Inglese, del Politecnico di Stoccarda, ecc.

Fig. 1. - Diagramma di durata in funzione del rapporto tra i diametri della puleggia e della fune, per tre tipi di fune a sei trefoli.

del r a p p o r t o d i a m e t r o p u l e g g i a / d i a m e t r o f u n e : al disotto di tale valore (25 volte nel caso della figura), la d u r a t a decresce n o t e v o l m e n t e , al disopra invece gli a u m e n t i del r a p p o r t o n o n d e t e r m i n a n o apprez- zabili a u m e n t i di d u r a t a . Ne risulterebbe q u i n d i un criterio sia p e r stabilire le dimensioni m i n i m e degli organi d e l l ' i m p i a n t o , sia p e r scegliere in funzione di esse il t i p o di fune p i ù conveniente.

Il d i a g r a m m a 2 illustra il c o m p o r t a m e n t o di d u e tipi di fune tedesca Diepa : le curve p r e s e n t a n o , in luogo di u n a convessità verso le ascisse, u n a conca- v i t à : la d u r a t a della fune, assai alta a n c h e nei bassi r a p p o r t i , continua a crescere r e g o l a r m e n t e . Mentre nelle funi della figura 1 a p p a r i v a precisato un va- lore massimo di d u r a t a , p r a t i c a m e n t e insensibile ad ulteriori a u m e n t i del r a p p o r t o tra i d i a m e t r i , p e r quelle della figura 2 la prova n o n indica un limite di d u r a t a ben definito, fornendo al contrario u n a curva regolare che p o t r e b b e essere p a r a g o n a t a (a p a r t e un altro o r i e n t a m e n t o degli assi) al p r i m o t r a t t o della curva di W h ö l e r (il confronto tuttavia con tale curva deve arrestarsi al p r i m o t r a t t o per- ché nel caso attuale n o n si p u ò n a t u r a l m e n t e par- lare di d u r a t a infinita).

Premesse ad uno studio sistematico. — Dai risul- t a t i finora in nostro possesso, su pulegge di vario d i a m e t r o e su sistema di t r e pulegge con contropie- gatura del flessibile, si possono formulare alcune premesse p e r lo studio sistematico che è stato p r o - g r a m m a t o .

Si d o v r e b b e i n n a n z i t u t t o stabilire che l'interesse d e l l ' i n d a g i n e p e r le funi metalliche non risiede nella ricerca di un limite di fatica come è inteso nel- l'accezione comune del t e r m i n e (5) (6) : in genere,

(s) L. CAZAUD, La fatique des M'étaux - Dunod, Parigi 1948.

(6) L. LOCATI, La fatica dei materiali metallici - Hoepli, Milano 1950.

ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - ANNO 7 - N. 4 - APRILE 1953

P R O B L E M I

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(2)

infatti, si p r e s u m e che in un i m p i a n t o il flessibile sia l'organo di m i n o r e d u r a t a ed il ricambio di esso è previsto nelle o r d i n a r i e operazioni di m a n u t e n - zione. Di fatto le condizioni di sollecitazione (tra- zione, flessione, usura) sono tali da r e n d e r e impossi- bile il p r o p o r z i o n a m e n t o della fune p e r un servizio indefinito : l ' a u m e n t o del coefficiente di sicurezza a trazione c o m p o r t a infatti l ' a u m e n t o del d i a m e t r o della fune e q u i n d i l ' a u m e n t o della sollecitazione di flessione d e t e r m i n a n d o così due condizioni anti- tetiche p e r la d u r a t a . Senza contare poi c h e l ' u s u r a implica necessariamente un limite alla d u r a t a .

Al concetto di limite di fatica p o t r e b b e essere sostituito un concetto di « coefficiente di migliore utilizzazione » : questo coefficiente p o t r à essere, p e r un dato sforzo di trazione, il p r o d o t t o della d u r a t a della fune p e r l'inverso del r a p p o r t o t r a i d i a m e t r i della puleggia e della f u n e ; se sarà invece precisato il r a p p o r t o t r a i d i a m e t r i , il coefficiente p o t r à essere il p r o d o t t o della d u r a t a p e r il coefficiente di sicu- rezza alla trazione ( 1 / 4 , 1/5 e c c ) .

Sia l ' u n o che l'altro dei coefficienti indicati pre- s e n t e r a n n o , p e r ciascun t i p o di fune, un valore massimo che r a p p r e s e n t e r à la migliore possibilità di utilizzazione del flessibile in funzione dei dati del p r o b l e m a .

A titolo d ' e s e m p i o r i p o r t i a m o nella tabella di fianco alcuni valori del « coefficiente di d u r a t a , a carico costante in funzione del r a p p o r t o d i a m e t r o p u l e g g i a / d i a m e t r o fune ».

Dalla tabella a p p a r e che p e r le funi 1, 2, 3, la migliore utilizzazione è con il r a p p o r t o t r a i dia-

Fune a fili n°

144 222 114 A 160 S 239

Coefficiente di per rapporto

20

890 1327 850 6470 2750

durata a carico costante tra i diametri pari a:

25

940 2000 1520 8000 3600

30

800 1720 1300 15700 4650

m e t r i p a r i a 25 volte; p e r le funi 5 e 6, la migliore utilizzazione si ha p e r il r a p p o r t o 30.

I coefficienti dianzi definiti p o t r e b b e r o altresì essere interessanti per d u e applicazioni p r a t i c h e : la p r i m a consistente nel p o t e r prevedere la d u r a t a di u n a fune di data formazione e di date caratteristi- che (di cui le prove a b b i a n o precisato alcuni valori del coefficiente) q u a n d o essa sia posta in opera su u n a data puleggia : basterà in t a l caso moltiplicare il coefficiente p e r il r a p p o r t o t r a i d i a m e t r i ed otte- n e r e la d u r a t a p r e s u m i b i l e .

La seconda applicazione consiste nello stabilire, s e m p r e grazie ai valori m e d i del coefficiente carat- teristico di un dato t i p o di fune, un criterio p e r l'accettazione della f u n e : sarà in tal caso sufficiente eseguire u n a prova di fatica e confrontare il valore del coefficiente così trovato con quello m e d i o , ca- ratteristico del t i p o di fune in esame.

Queste premesse sono ovviamente accennate a titolo p u r a m e n t e indicativo e limitate ad alcuni

Fig. 2. - Diagramma di durata in funzione del rapporto tra i diametri della puleggia e della fune, per due tipi di fune antigirevole, di fabbri- cazione tedesca.

aspetti del p r o b l e m a , a n c h e perchè basate sui ri- sultati ancora scarsi in nostro possesso, risultati che possono essere sensibilmente influenzati dalla qua- lità dell'acciaio. La bibliografia esistente in argo- m e n t o e segnatamente la p a r t e del testo dello Zi- gnoli che vi si riferisce devono c o m p l e t a r e questi cenni s o m m a r i , m e n t r e le prove sistematiche che saranno effettuate forniranno il necessario m a t e r i a l e sperimentale p e r la istituzione di un organico m e - todo di p r o v a .

// programma della ricerca.

Le prove concordate sono le seguenti:

1. - T r a c c i a m e n t o di d i a g r a m m i di fatica sotto carichi variabili.

Costanti di p r o v a :

r a p p o r t o d i a m e t r i = 30;

d i a m e t r o f u n e : Ø 1 2 m / m ; formazione ;

qualità acciaio, t r a t t a m e n t i . V a r i a b i l e : carico di prova stabilito i n :

1 / 3 , 5 ÷ 1 / 5 ; 1/7 del carico somma.

2. - Studio delle formazioni. Estensione del p r i m o p u n t o a vari tipi di formazione e lavorazione (funi crociate e p a r a l l e l e , p r e f o r m a t e e n o n , di t i p o a trefoli n o r m a l e e di t i p o Seale).

3. - Studio dell'acciaio. T u t t e le condizioni di

prova sono m a n t e n u t e costanti. La variabile è r a p - presentata dal t i p o di acciaio e dal relativo tratta- m e n t o t e r m i c o .

4. - Studio delle m o d a l i t à di p r o v a . Sono m a n t e n u t i costanti il t i p o di fune ed il carico di ser- vizio. V a r i a n o i sistemi di p r o v a : puleggia singola, sistemi a due pulegge, sistemi a tre pulegge, con c o n t r o p i e g a t u r a .

' 5 . - Studio di confronto tra funi cordate con acciai n o r m a l i e con acciai ad alta resistenza. Tali prove sono ancora da precisare, nel q u a d r o della collaborazione che sarà fornita alla ricerca dalle Società p r o d u t t r i c i interessate. Sono p u r e da preci- sare le ricerche sulle gole delle pulegge e sulle guar- nizioni.

P a r a l l e l a m e n t e alle prove di L a b o r a t o r i o saran- no istituite prove c o m p a r a t i v e su i m p i a n t i in eser- cizio: la p r i m a indagine di questo t i p o è costituita dallo studio del c o m p o r t a m e n t o in servizio su di un ascensore in servizio p u b b l i c o , di funi Diepa già esaminate in L a b o r a t o r i o . Tale genere di indagine c o m p l e m e n t a r e si rivela infatti indispensabile p e r precisare l ' a t t e n d i b i l i t à delle indicazioni fornite dal- la prova di fatica rispetto alle reali condizioni d'im- piego del flessibile.

Ugo Piero Rossetti Politecnico di Torino, Laboratorio Sperimentale dei Mate-

riali da Costruzione - Centro Studi del C.N.R.

Quanto è qui esposto non si riferisce unicamente al gas di fossile, ma è gene- ricamente applicabile per intero al me- tano, ai gas liquefatti del petrolio ed alle loro miscele, la cui diffusione va aumentando particolarmente in questi ultimi tempi.

Alcuni ritengono il metano più, altri meno, pericoloso del gas di fossile; in realtà ciò dipende anche dal fatto che esso sia o no odorizzato in modo suffi- ciente. Ma i mezzi tecnici con i quali ci si può difendere dai pericoli del me- tano sono gli stessi ben noti all'indu- stria del gas di fossile, vecchia di oltre un secolo.

Apparecchi domestici Cominciamo la nostra rassegna dagli apparecchi più frequenti nelle abitazioni;

per estenderla poi agli altri.

Cucine e fornelli.

Installazione: l'uso di collegare i for- nelli e le cucine con il rubinetto a muro mediante un tubo di gomma è spesso causa di inconvenienti.

La soluzione ideale è il collegamento con tubazione metallica e giunto a 3 pezzi.

La spesa è presto ammortizzata poichè si evita l'acquisto e il rinnovo del tubo di gomma.

Se si conserva il raccordo in gomma occorre almeno assicurare i collegamenti ai portagomma con fasciature ben fatte, che non taglino la gomma, e curare il cambio del tubo quando esso comincia a deteriorarsi per invecchiamento.

Uso.

I pericoli derivanti dall'uso vengono solo dalla fuoruscita di gas non acceso.

Oltre, ovviamente, a ricordarsi di ac- cendere il gas quando si apre il rubi- netto occorre:

verificare che i rubinetti siano possi- bilmente ad altezza da terra tale che i bimbi non possano giocando aprire i rubinetti, oppure chiuderli e riaprirli;

o scegliere per lo meno quegli apparec- chi, i cui rubinetti siano provvisti di fermo con una molla abbastanza robusta che i bimbi non possano azionarli.

Sorvegliare i fuochi sui quali si siano

collocati liquidi che possono traboccare (il latte, il caffè e il brodo in partico- lare) e spegnere le fiamme.

Usare possibilmente recipienti note- volmente più grandi delle teste dei bru- ciatori, affinchè il liquido traboccante possa più difficilmente spegnere le fiamme.

Esistono anche apparecchiature di si- curezza che non sono però molto dif- fuse. Esse sono:

dispositivi che chiudono i fornelli se si spegne il gas;

dispositivi di allarme se il gas si dif- fonde negli ambienti;

dispositivi per evitare lo spegnimento delle fiamme, per trabocco di liquidi.

Si noti che il gas, in tempo di pace, è distribuito nelle città Italiane con ga- ranzia di continuità tale da rendere im- probabile lo spegnimento delle fiamme per questo motivo, salvo qualche rara possibilità per inconveniente di carat- tere locale.

Scaldabagni.

Gli scaldabagni devono essere muniti dal costruttore o dall'installatore di un dispositivo di interruzione del tiraggio (vedi fig. 1 a). Questi dovrebbero avere il disco dello stesso diametro del tubo del tiraggio e l'interruzione dovrebbe essere ad almeno 20 cm. dalla sommità dello scaldabagno.

Il condotto di tiraggio di ogni scalda- bagno (e di ogni altro apparecchio a gas del resto) dovrebbe essere indipendente per un perfetto perfezionamento; se questo non è possibile, curare almeno che i diversi condotti sbocchino ad al- tezze diverse ed evitare in modo asso- luto che due condotti siano affacciati

ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA. SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO-NUOVA SERIE - ANNO 7 - N. 4 - APRILE 1953 ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - NUOVA SERIE - ANNO 7 - N. 4 - APRILE 1953

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INFORMAZIONI La sicurezza negli impianti a gas

L'A., dopo aver riassunto le molteplici applicazioni del gas ed esa- minato i pericoli specifici delle apparecchiature a gas, sia nell'uso do- mestico che nel settore del riscaldamento, suggerisce i consigli princi-

pali relativi all'uso di questi apparecchi.

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