SSIS, Scuola di Specializzazione all'Insegnamento Secondario, III ciclo, I anno (Primavera 2002)

Didattica della Fisica e Laboratorio di Sviluppo Curriculare

Primi due incontri (19 e 26 marzo): concetti di meccanica

• Parte ossservazionale e connessione con teoria.

  "Le tavolette"

  Caduta libera, "assenza di gravità", l'"ascensore di Einstein"

  Sistemi di riferimento non inerziali

  "Lo scopettone"

  Forze di attrito, coefficiente di attrito statico e dinamico.

  Composizione delle forze, momenti delle forze, leve

  Centro di massa

  "La sedia girevole"

  Conservazione del momento della quantità di moto

  Momento di inerzia

  Tuffatore, ballerina, pattinatrice

  "La ruota di bicicletta" (appesantita)

  Giroscopio

  Momento delle forze e momento della quantità di moto

  Bicicletta

• Altri spunti di riflessione

  Veicoli in accelerazione e in frenata

  In quale caso si alza il muso (impennata) e in quale caso si abbassa?

  L'impennata dipende dal tipo di trazione (anteriore/posteriore)?

  Dipende dalla rotazione delle ruote? Immaginare al posto delle ruote dei piccoli razzi che imprimono l'accelerazione al veicolo. Nel caso di frenata è ancora più semplice: basta pensare alle ruote (senza ABS) che si bloccano. (Suggerimento -> ricontrollare quanto scritto nei portfolio...).

  Come mai nei veicoli i freni piu' importanti sono gli anteriori?

  Come mai le autovetture di grande potenza hanno la trazione posteriore?

  Andreste mai su una moto che ha soltanto i freni anteriori? (A patto di non esagerare a inchiodare... Chiedete ai vostri amici motociclisti - non "motorinisti")

  Andreste mai su una moto a trazione anteriore (sorvoliamo sui problemi di trasmissione) e solo freni posteriori?

  Perche' i drugster hanno grandi ruote posteriore, rotelline anteriori e musi molto lunghi?

  Il giroscopio nella valigia

  Quale sara' la reazione strana la prima volta che il fattorino cambia direzione?

  Spiegazione intuitiva: flusso di massa in una ruota quadrata.

  Ruota girevole

  Come e' possibile spiegare, senza far ricorso alla conservazione del momento della quantita' di moto, che riavvicinando le braccia al corpo la velocità di rotazione aumenta?

• "Controesempi"

  Conservazione della quantità di moto

  Rattleback

  "Scopettone"

  Come e' possibile far scivolare per primo il dito vicino all'estremità oiù pesante?

  Analogia con il foglio di carta che scivola sotto la bottiglia

Secondo e terzo incontro (26 marzo e 9 aprile): ancora meccanica

• Volano

  Acquisizione dati

  Dieci discese a volano vuoto

  Alcune discese con aggiunta di bulloni (è sufficiente una discesa per configurazione)

  Una o più discese con palette

  Prime analisi grafiche

  Spazio in funzione del tempo

  Velocità media fra i traguardi in funzione del tempo intermedio nell'intervallo

  Accelerazione media tra un tratto e l'altro.

  Linearizzazione spazio in funzione del quadrato del tempo. Determinazione grafica dell'accelerazione

  Altre analisi grafiche

  Linearizzazione s/t Vs t: -> misura grafica di accelerazione e velocità iniziale.

  Metodo del primo e dell'ultimo punto, confronto con risultati ottenuti dalla retta miglioore e applicazione alle restanti serie di misure a volano scarico: considerazioni su dispersione relativa di accelerazione e di velocità iniziale.

  Discese con bulloni e palette: analisi a piacere, cercando di arrivare a qualche conclusione quantitativa, anche se approssimata.

• La trottolina dell'uovo di Pasqua:
  spunti di riflessione sulla conservazione dell'energia al di là della non banale descrizione fenomenologica del fenomeno (ma la trottolina non può essere di sola plastica!)
• Il problema del sasso nel pozzo
  • soluzione di prima approssimazione trascurando ritardo del suono;
  • soluzione "banale": come scegliere la soluzione giusta?
  • soluzione approssimata per v_fin << v_suono
  • soluzione iterativa (programmino in C e in Perl);
  • quale problema fisico dà luogo alla seconda soluzione?

Quarto incontro (15 aprile): ottica geometrica

• Esperienza di laboratorio: vedi promemoria dell'esercitazione, prestando particolare attenzione a
  • misura diretta di distanze focali di lenti divergenti e convergenti;
  • esperienza del sollevamento del fondo dell'acqua;
  • analogia fra esperienze sul banco di ottico e fotocamere/proiettori

Quinto incontro (23 aprile): ancora ottica

• Esperienze dimostrative con laser a molti fasci e kit di lenti e specchi
• reticolo e interferenza di raggio laser
• reticolo e lavagna luminosa
• esperienza con le mezze lune di plexiglass (o scatole della stessa forma riempite di acqua): verifica della legge di rifrazione e misura di n e di angolo limite

Sesto incontro (7 maggio): circuiti

• Circuiti in corrente continua:
  • uso dello strumento universale digitale per midure di tensioni, resistenze e correnti elettriche;
  • uso della piastra multifori;
  • resistenze in serie e in parallelo;
  • effetto del corpo umano nella misura di resistenze elevate;
  • verifica della legge di Ohm;
  • collanina di resistenze con estremi cortocircuitati;
• Legge di carica e scarica del condensatore:
• misure manuali di V_C(t) (avendo scelto grandi valori di R e di C): carica e scarica;
• perché il condensatore non si carica alla tensione della batteria?
  • misure con diversi valori di R
  • con R grande provare a disconnettere il voltmetro, attendere alcune decine di secondi e poi a riprendere le misure: cosa succede?
  • quale misura quantitativa si può effettuare dai diversi valori di tensione asintotica di carica?
• grafico su carta lineare delle leggi di carica e scarica (usare lo stesso grafico per entrambe le misure);
• linearizzazione dell'andamento mediante carta logaritmica (vedi qui per informazioni sul suo uso);
• misura di "tau" dal grafico "semilog" e confronto con RC.

Settimo incontro (30 maggio): Esperienze dimostrative di elettrostatica e magnetismo

• Per un inventario delle esperienze, vedi sito Laboratorio Esperienze Didattiche del Dipartimento di Fisica.
• Spunti per analisi quantitative:
  • misura del campo magnetico terrestre usando "bussola delle tangenti";
  • misura dell rapporto e/m fra carica e massa dell'elettrone usando lo strumento dimostrativo della forza di Lorentz
  • forza dovuta all'induzione nell'esperienza del cilindretto magnetizzato che scende nel tubo di alluminio
• Visione filmato "L'atomo di Rutherford": uso di documentari nella scuola; rivoluzione di "rutherfordiana" della visione atomica; problemi d'urto per vari tipi di forze; modelli meccanici; sussidi didattici dell'era pre-PC; implicazione epistemologiche ("cosa vediamo? -- cosa inferiamo? -- a quale ipotesi credere? -- ruolo della tecnologia").

Altro materiale di interesse può essere trovato nella pagina web dei corsi tenuti nel 2001