La fisica delle magnetosfere
Progetto didattico modulare realizzato da Massimo Plateroti
Il modulo relativo allo studio della Fisica delle Magnetosfere è
destinato a studenti del quinto anno di un liceo scientifico.
La durata prevista di tale attività (da svolgersi nella seconda parte
dell'anno scolastico) è di circa 30 ore comprensiva dei prerequisiti e delle
verifiche. La strategia per coinvolgere e motivare gli alunni partirà da
problematiche scientifiche attuali quali la meteorologia spaziale e da un
excursus storico della disciplina, sino ad allargarsi ad una visione generale
della teoria.
Ovviamente il modulo presupporrà un ampio lavoro propedeutico di
requisiti
di
base
e
competenze
specifiche
riguardanti
l'elettromagnetismo e i concetti fondamentali dell'analisi matematica.
OBIETTIVI
Lo studio delle magnetosfere è di fondamentale importanza in quanto:
contribuisce a promuovere l’educazione scientifica e tecnologica,
tenendo conto del fatto che i fenomeni fisici che le caratterizzano non
sono intuitivi, in quanto non fanno parte della nostra esperienza
quotidiana;
permette un'applicazione concreta dello studio della teoria del campo
elettrico e del campo magnetico;
getta una luce sui metodi di indagine e di ricerca;
permette di studiare dei processi di fisica del plasma di interesse
generale;
offre interessanti spunti interdisciplinari (Matematica, Scienze, Storia
e Latino);
permette di utilizzare gli strumenti della matematica in ambiti diversi;
consente parimenti di comprendere alcuni procedimenti caratteristici
dell’indagine scientifica e in particolare la natura dei metodi della fisica
che si articolano in un continuo rapporto tra costruzione teorica,
osservazioni e misurazioni.
PREREQUISITI E CONTENUTI DEL MODULO
Prerequisiti fondamentali per affrontare le tematiche del modulo sono la
Fisica del Plasma e la Teoria orbitale:
Unita’ didattiche
La fisica del Plasma
Teoria orbitale
Contenuti specifici
-
-
-
Equazioni di Maxwell
Il quarto stato della materia
Tempi
4h
Definizione ed esempi di plasma.
Cenni sul passaggio dall’idro- alla magnetoidro-dinamica.
Forza di Coulmb e forza di Lorentz
Moto di particelle cariche in un campo magnetico uniforme.
Moto di particelle cariche in presenza di campi elettrici e
magnetici uniformi.
Moto di particelle cariche in un campo magnetico non
uniforme.
6h
Cenni sugli invarianti adiabatici
La tabella che segue riporta invece le attività previste del percorso
didattico:
Unita’ didattiche
Meteorologia Spaziale
La Magnetosfera terrestre
Le Aurore
Contenuti specifici
-
Le origini dello Space Weather
Gli effetti dello Space Weather, ad
esempio sui sistemi tecnologici a terra e
nello spazio.
- La previsione dello Space Weather.
-Cenni storici sul geomagnetismo
-Il campo magnetico terrestre
-Le regioni di interazioni del vento solare
con il campo geomagnetico
- La ionosfera
-Le aurore boreali ed australi.
-Le prime osservazioni delle aurore
-Lo spettro aurorale e il meccanismo che lo
genera
-Un caso particolare: la generazione
dell’aurora theta
Tempi
4h
7h
4h
Differenze e analogie con le altre -Il campo magnetico dei pianeti del sistema 5h
solare: esempi significativi
magnetosfere
- L’interazione del vento solare con i corpi
celesti non magnetizzati: il caso delle
comete.
METODOLOGIA
La metodologia da usare non sarà rigida e sicuramente predominerà un
approccio “problematico” agli argomenti che si vogliono introdurre con
l’obiettivo di stimolare un apprendimento attivo. A tale riguardo, - con la
funzione di stimolo e di motivazione allo studio delle tematiche nonche’ di
valido raccordo interdisciplinare - si proporranno agli studenti alcuni
passi in cui autori classici trattano delle comete e delle aurore. Ad
esempio, si potrà fare riferimento a Seneca, che, nelle Naturales
Quaestiones, si sofferma diffusamente sulla natura delle comete.
L’azione didattica si diversifichera’ nelle tipologie riportate nella tabella:
Prevalentemente
Lezione frontale
Lezioni-dibattito
Attivita’ di ricerca
Lavori di gruppo
Abbastanza frequentemente
Qualche volta
x
X
x
x
STRUMENTI DIDATTICI E VALUTAZIONE
Gli strumenti didattici da utilizzare saranno i seguenti:
Libri di testo, lavagna luminosa, testi di approfondimento
Presentazioni in Power Point
Mostra di fotografie e di sequenze di film al fine di accompagnare la
trattazione
Analisi di immagini satellitari
Collegamento via Internet alla pagina web dello Space Weather ed
altri siti utili
Questo modulo e’ composto da quattro unita’ didattiche (piu’ due unita’ di
prerequisiti). In itinere saranno proposte verifiche formative quali:
Prove strutturate
Trattazione sintetica
Tesine
