Lezioni...
Ciao a tutti,
vi spiego la mia situazione: sto facendo il servizio civile in un oratorio nella mia città. faccio parte di un gruppo di interesse nel quale viene insegnata la scienza (anche fisica, chimica, ecc.) in generale a ragazzi di medie e superiori (biennio). Praticamente viene proposto loro un progetto per realizzare qualcosa con basi scientifiche, l'anno scorso mi hanno detto che hanno costruito un mulino ad acqua che grazie al movimento che compieva la ruota del mulino si generava energia elettrica e si accendeva una lampadina.
Mi servirebbe qualche idea da far realizzare a questi ragazzi e far capire loro qualche argomento della scienza, in sostanza dovrei fare prima una piccola lezione teorica e poi grazie a questi progetti farla diventare pratica.
Avete idee?
vi spiego la mia situazione: sto facendo il servizio civile in un oratorio nella mia città. faccio parte di un gruppo di interesse nel quale viene insegnata la scienza (anche fisica, chimica, ecc.) in generale a ragazzi di medie e superiori (biennio). Praticamente viene proposto loro un progetto per realizzare qualcosa con basi scientifiche, l'anno scorso mi hanno detto che hanno costruito un mulino ad acqua che grazie al movimento che compieva la ruota del mulino si generava energia elettrica e si accendeva una lampadina.
Mi servirebbe qualche idea da far realizzare a questi ragazzi e far capire loro qualche argomento della scienza, in sostanza dovrei fare prima una piccola lezione teorica e poi grazie a questi progetti farla diventare pratica.
Avete idee?
Risposte
Ciao. Ho fatto anch'io un'esperienza del genere in passato. Basta un po' di fantasia, per fare vedere qualche legge fisica .
PER esempio, basta un sasso, o un oggetto qualsiasi, legato a un filo di spago a un estremo , mentre l'altro estremo del filo è attaccato a un punto fisso, per studiare le leggi del pendolo semplice . Fa' in modo che una decina di ragazzi , con i loro cronometri (c'è il cronometro in ogni telefonino o orologio), misurino un certo numero (bastano una decina) di oscillazioni complete e "piccole" del pendolo , e poi fai la media per ragazzo e la media delle medie , per ricavare il periodo di oscillazione .
Le "piccole oscillazioni" (basta mantenere l'angolo $\theta$ iniziale entro circa $12$ di gradi : in radianti sono $0.2094rad$, che non differisce molto da $sen\theta = 0.2079$ ) sono isocrone , cioè variando l'angolo iniziale in quel range hai gli stessi periodi di oscillazione.
Poi, variando la massa , e ripetendo le 10 letture dei 10 ragazzi, e la media come detto, per ogni valore della massa il periodo rimane lo stesso, non dipende dalla massa .
Poi, variando la lunghezza del filo diverse volte , dovresti far vedere che il periodo è proporzionale a $sqrtl $, come sai .
Poi, prendi il filo con una mano e fai roteare la pietra nel piano orizzontale sopra la tua testa ( mi raccomando, non darti la pietra in testa!
) , e chiedi perchè la pietra segue una circonferenza , e in base alle loro risposte spieghi che cos'è la forza centripeta, e perchè non esiste la forza centrifuga , e quindi una figura come questa seguente è assolutamente sbagliata !
ti assicuro che se avrai successo su questo punto avrai fatto opera meritoria!
La figura è sbagliata perchè fa vedere che ci sono costantemente due forze agenti, uguali e opposte, denominate "forza centripeta" e "forza centrifuga" , ma cosí non può essere, perchè se cosi fosse il pianeta non potrebbe descrivere una traiettoria curva, dovrebbe proseguire in linea retta, poiché le due forze avrebbero risultante nullo. L'unica forza reale è la centripeta, che nel caso della pietra legata al filo è data dalla tensione dello spago; nel caso del pianeta, è l'attrazione gravitazionale. La forza centripeta vince l'inerzia della pietra (o del pianeta) che vorrebbe proseguire in linea retta, e quindi fa deviare il vettore velocità tangenziale dalla sua direzione, con continuità .
[ La forza centrifuga è una forza apparente, o fittizia, che si introduce in un riferimento rotante, che non è inerziale. La sua introduzione, come per le altre forze fittizie nei riferimenti non inerziali, permette di applicare la seconda equazione della dinamica, che a rigori sarebbe valida solo in riferimenti inerziali , nella forma :
$mveca_r = vecF + vecF_t + vecF_c$
in cui al secondo membro compaiono la forza realmente applicata $vecF$ , la forza di trascinamento $vecF_t$ , e la forza complementare o di Coriolis $vecF_c$ . LA forza centrifuga è una delle forze di trascinamento. MA su questo non insisto]
Poi lo stesso filo con la pietra lo metti in rotazione con la mano in piano verticale , e spieghi perchè è necessario imprimere non meno di una certa velocità angolare iniziale perchè il filo rimanga teso e la pietra completi il giro; anzi dimostri pure che, affinché il filo non cada quando raggiunge il punto piu alto, la velocità in quel punto deve essere uguale almeno a $v = sqrt(gr)$. E spieghi pure che non dipende dalla massa . Se la velocità in quel punto è minore, il filo si affloscia e la pietra non completa il giro.
E dici loro anche che se mettiamo in orbita un satellite attorno a un corpo celeste a una certa distanza $r$ dal centro, la velocità tangenziale che deve avere il corpo a quella distanza deve essere uguale al valore detto prima : $sqrt(gr)$ , in cui $g$ è l'accelerazione di gravità a quell'altezza, affinché il satellite sia nella condizione di "caduta libera" , come la stazione spaziale che gira attorno alla terra . E spieghi la "caduta libera" . aiutandoti con qualche filmato che trovi su YouTube.
E poi, prendi una bacinella d'acqua e una pentola a due manici (meglio cilindrica) , pesi prima la pentola e poi la metti nell'acqua, a galleggiare liberamente , e spieghi il principio di Archimede. Devi far segnare il livello dell'acqua nella bacinella prima e dopo che hai messo la pentola, la differenza ti serve per calcolare il volume d'acqua spostato.
E poi dici ai ragazzi di spingere sui manici e mandare più giù la pentola , sicché sentono nelle loro mani la forza dell'acqua che resiste all'ulteriore immersione della pentola , e spieghi il perchè .
E poi fai dare una spinta su un solo manico : la pentola si inclina e comincia a oscillare, ritornando nella posizione iniziale e superandola, fino a quando si ferma. Ma questo è difficile spiegarlo.
E poi prendi dei pesi, li metti nella pentola al centro, e fai notare che il livello dell'acqua nella bacinella è aumentato , e spieghi il perchè . FA segnale il livello nella bacinella in qualche modo, es. una penna.
E poi gli stessi pesi li sposti nella pentola verso il lato, e cosí la pentola si inclina, ma il livello dell'acqua in bacinella non cambia : e spieghi. E magari calcoli pure l'angolo di cui si inclina la pentola (ma questo è difficile) .
E poi, togli i pesi dalla pentola e li metti direttamente nella bacinella : spieghi prima che cosa fa il livello in bacinella (sale, diminuisce, o rimane uguale ?) , e poi lo verifichi.
E se metti a galleggiare un pallone da calcio, non riesci a inclinarlo e poi, togliendo la mano, a farlo ritornare nella posizione che aveva prima. Se lo inclini, rimane nella posizione inclinata, quindi in equilibrio indifferente. Ma questo forse è difficile da spiegare.
Altro esperimento : prendi una moneta di 2 euro, poi ritagli un dischetto di carta più piccolo della moneta, lo metti sopra a questa, tenendo la moneta orizzontale con due dita ; poi lasci andare la moneta in modo che cada parallelamente al suolo. Moneta e dischetto di carta arrivano insieme a terra , perchè la moneta "spazza" l'aria davanti a sè , e impedisce al dischetto di svolazzare come farebbe se fosse solo a cadere: hai dimostrato che tutti i corpi cadono con la stessa accelerazione di gravità, indipendentemente dalla massa (talvolta non riesce perchè la moneta si rovescia, ma quando riesce il successo è assicurato) .
E potresti continuare inventandoti altri esperimenti semplici. E scusa se questo forse non risponde a quello che chiedi.
PER esempio, basta un sasso, o un oggetto qualsiasi, legato a un filo di spago a un estremo , mentre l'altro estremo del filo è attaccato a un punto fisso, per studiare le leggi del pendolo semplice . Fa' in modo che una decina di ragazzi , con i loro cronometri (c'è il cronometro in ogni telefonino o orologio), misurino un certo numero (bastano una decina) di oscillazioni complete e "piccole" del pendolo , e poi fai la media per ragazzo e la media delle medie , per ricavare il periodo di oscillazione .
Le "piccole oscillazioni" (basta mantenere l'angolo $\theta$ iniziale entro circa $12$ di gradi : in radianti sono $0.2094rad$, che non differisce molto da $sen\theta = 0.2079$ ) sono isocrone , cioè variando l'angolo iniziale in quel range hai gli stessi periodi di oscillazione.
Poi, variando la massa , e ripetendo le 10 letture dei 10 ragazzi, e la media come detto, per ogni valore della massa il periodo rimane lo stesso, non dipende dalla massa .
Poi, variando la lunghezza del filo diverse volte , dovresti far vedere che il periodo è proporzionale a $sqrtl $, come sai .
Poi, prendi il filo con una mano e fai roteare la pietra nel piano orizzontale sopra la tua testa ( mi raccomando, non darti la pietra in testa!
) , e chiedi perchè la pietra segue una circonferenza , e in base alle loro risposte spieghi che cos'è la forza centripeta, e perchè non esiste la forza centrifuga , e quindi una figura come questa seguente è assolutamente sbagliata ! 
ti assicuro che se avrai successo su questo punto avrai fatto opera meritoria!
La figura è sbagliata perchè fa vedere che ci sono costantemente due forze agenti, uguali e opposte, denominate "forza centripeta" e "forza centrifuga" , ma cosí non può essere, perchè se cosi fosse il pianeta non potrebbe descrivere una traiettoria curva, dovrebbe proseguire in linea retta, poiché le due forze avrebbero risultante nullo. L'unica forza reale è la centripeta, che nel caso della pietra legata al filo è data dalla tensione dello spago; nel caso del pianeta, è l'attrazione gravitazionale. La forza centripeta vince l'inerzia della pietra (o del pianeta) che vorrebbe proseguire in linea retta, e quindi fa deviare il vettore velocità tangenziale dalla sua direzione, con continuità .
[ La forza centrifuga è una forza apparente, o fittizia, che si introduce in un riferimento rotante, che non è inerziale. La sua introduzione, come per le altre forze fittizie nei riferimenti non inerziali, permette di applicare la seconda equazione della dinamica, che a rigori sarebbe valida solo in riferimenti inerziali , nella forma :
$mveca_r = vecF + vecF_t + vecF_c$
in cui al secondo membro compaiono la forza realmente applicata $vecF$ , la forza di trascinamento $vecF_t$ , e la forza complementare o di Coriolis $vecF_c$ . LA forza centrifuga è una delle forze di trascinamento. MA su questo non insisto]
Poi lo stesso filo con la pietra lo metti in rotazione con la mano in piano verticale , e spieghi perchè è necessario imprimere non meno di una certa velocità angolare iniziale perchè il filo rimanga teso e la pietra completi il giro; anzi dimostri pure che, affinché il filo non cada quando raggiunge il punto piu alto, la velocità in quel punto deve essere uguale almeno a $v = sqrt(gr)$. E spieghi pure che non dipende dalla massa . Se la velocità in quel punto è minore, il filo si affloscia e la pietra non completa il giro.
E dici loro anche che se mettiamo in orbita un satellite attorno a un corpo celeste a una certa distanza $r$ dal centro, la velocità tangenziale che deve avere il corpo a quella distanza deve essere uguale al valore detto prima : $sqrt(gr)$ , in cui $g$ è l'accelerazione di gravità a quell'altezza, affinché il satellite sia nella condizione di "caduta libera" , come la stazione spaziale che gira attorno alla terra . E spieghi la "caduta libera" . aiutandoti con qualche filmato che trovi su YouTube.
E poi, prendi una bacinella d'acqua e una pentola a due manici (meglio cilindrica) , pesi prima la pentola e poi la metti nell'acqua, a galleggiare liberamente , e spieghi il principio di Archimede. Devi far segnare il livello dell'acqua nella bacinella prima e dopo che hai messo la pentola, la differenza ti serve per calcolare il volume d'acqua spostato.
E poi dici ai ragazzi di spingere sui manici e mandare più giù la pentola , sicché sentono nelle loro mani la forza dell'acqua che resiste all'ulteriore immersione della pentola , e spieghi il perchè .
E poi fai dare una spinta su un solo manico : la pentola si inclina e comincia a oscillare, ritornando nella posizione iniziale e superandola, fino a quando si ferma. Ma questo è difficile spiegarlo.
E poi prendi dei pesi, li metti nella pentola al centro, e fai notare che il livello dell'acqua nella bacinella è aumentato , e spieghi il perchè . FA segnale il livello nella bacinella in qualche modo, es. una penna.
E poi gli stessi pesi li sposti nella pentola verso il lato, e cosí la pentola si inclina, ma il livello dell'acqua in bacinella non cambia : e spieghi. E magari calcoli pure l'angolo di cui si inclina la pentola (ma questo è difficile) .
E poi, togli i pesi dalla pentola e li metti direttamente nella bacinella : spieghi prima che cosa fa il livello in bacinella (sale, diminuisce, o rimane uguale ?) , e poi lo verifichi.
E se metti a galleggiare un pallone da calcio, non riesci a inclinarlo e poi, togliendo la mano, a farlo ritornare nella posizione che aveva prima. Se lo inclini, rimane nella posizione inclinata, quindi in equilibrio indifferente. Ma questo forse è difficile da spiegare.
Altro esperimento : prendi una moneta di 2 euro, poi ritagli un dischetto di carta più piccolo della moneta, lo metti sopra a questa, tenendo la moneta orizzontale con due dita ; poi lasci andare la moneta in modo che cada parallelamente al suolo. Moneta e dischetto di carta arrivano insieme a terra , perchè la moneta "spazza" l'aria davanti a sè , e impedisce al dischetto di svolazzare come farebbe se fosse solo a cadere: hai dimostrato che tutti i corpi cadono con la stessa accelerazione di gravità, indipendentemente dalla massa (talvolta non riesce perchè la moneta si rovescia, ma quando riesce il successo è assicurato) .
E potresti continuare inventandoti altri esperimenti semplici. E scusa se questo forse non risponde a quello che chiedi.
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