Slide prima parte

http://www.aif.it/
Gruppo SMART AIF
Gruppo di Lavoro
“SMART, smartphone, tablet e nuove tecnologie nell’insegnamento della
fisica”
Giovanni Pezzi,
Coordinatore
Alessandro Foschi, Liceo “F.P.di Calboli”, Forlì
Sara Orsola Parolin, Liceo “Torricelli-Ballardini,Faenza
Lorenza Resta, Liceo “Torricelli-Ballardini,Faenza
Isabella Soletta, Liceo “Fermi”, Alghero
Alcune attività svolte dal gruppo:
• Scuola estiva A.I.F., luglio 2014, Faenza
• Interventi nelle scuole (Parma, Agropoli, Bologna, Mantova,
Roma, Pavia, Udine, … ) e nei Convegni AIF (Perugia 2014,
Trento 2015, Gran Sasso 2016)
• Collaborazione al Workshop europeo iStage2 di Science on
Stage Europe
http://www.science-on-stage.eu/page/display/5/28/0/teaching-materials-2
Alcune attività svolte dal gruppo:
• Convegno a Città della Scienza, Napoli, settembre 2015
• Workshop a Gloucester ed Exeter, giugno 2016, in
collaborazione IoP, SoS
• Progetto «Science Smart Kit» (bando MIUR)
Progetto «Science Smart Kit»
(bando MIUR) 1 Misura di grandezze fisiche: altezza, angoli
Autori:
Claudio Casali
Alessandro Foschi
Sara Parolin
Giovanni Pezzi
Roberta Ravaglioli
Lorenza Resta
Alessio Seganti
Isabella Soletta
2
Misura di grandezze fisiche: pressione
3
Studio del moto di caduta di un corpo
4
Esperimenti sul moto circolare
5
Studio del moto armonico
6
Analisi delle oscillazioni di un pendolo
7
Relazione tra intensità della luce e distanza
8
Misura della lunghezza d’onda della radiazione IR
9
Osservazioni scientifiche con uno smart microscopio
10
11
12
13
Misura della velocità del suono soffiando in una
cannuccia
Studio del campo magnetico prodotto da un magnete
Misura dell’inclinazione del campo magnetico
terrestre
Determinazione della concentrazione incognita di una
soluzione
Progetto «Science Smart Kit»
(bando MIUR) • 13 schede di lavoro
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
scatola contenitore del kit
centrifuga insalata
sacchetti pluriball
sacchetto waterproof
tubicini di plastica per mirino e per acustica
2 molle per moto armonico
reticolo di diffrazione
rotolo di filo
decametro
sistema ottico per smart microscopio
2 magneti
Specchio / telaio per lo studio della
declinazione del campo magnetico terrestre
• nitrato rameico Cu(NO3)2
Progetto «Science Smart Kit»
(bando MIUR)
Schede del progetto SSK nel sito MIUR:
http://ls-osa.uniroma3.it/pages/posts/1
Alcuni dati di fatto
Smartphone
•
•
•
E’ un oggetto familiare ai ragazzi
Non ne conoscono le potenzialità
(un laboratorio in tasca)
Utile per stuzzicare la “curiosità”
scientifica con esperimenti che
potrebbero essere anche fatti a casa
Servono anche a telefonare
Servono a….
chattare, navigare, ….
Cosa c’è in uno smartphone?
• accelerometri (3)
• giroscopi (3)
• sensori di campo
magnetico (3)
• sensore di luce
ambientale
• sensore di prossimità
• barometro
• igrometro
• termometro
• eye tracking
• lettore impronte digitali
•
•
•
•
•
•
Foto/video camera (2)
GPS
Wi fi
Bluetooth
NFC
….
Sensori per esperimenti di
fisica in….
• Meccanica (accelerometri, giroscopi,
barometro)
• Ottica (sensore di luce, fotocamere)
• Acustica (microfono, altoparlante)
• Magnetismo (sensore di campo
magnetico)
• Termologia (termometro)
• …............
Sensori + applicazioni =
personal instrument
Decine di modelli diversi di
smartphone e tablet, ma due principali
Sistemi Operativi
iOS  Iphone, iPad
Android  Samsung, LG, ….
molte versioni
Windows  Lumia, Nokia
Alcune APP PER MISURE DI
MECCANICA
Ambiente ANDROID:
•Physics ToolBox Sensor Suite
• Sensor kinetics (Pro)
•Spark Vue
•Graphical Analysis
Ambiente iOS:
•Sensor Kinetics (Pro)
• Spark Vue
•Graphical Analysis
Sensor Kinetics versione base: no email
Come fa lo smartphone a
distinguere alto e basso?
How a smartphone knows up from down?
filmato
https://www.youtube.com/watch?v=xECMbuXVTtk&feature=youtu.be
Filmato
Gli accelerometri
Sono tre: uno per ogni asse
Un “valore aggiunto”: vedere il mondo “da bordo”
Esplora il tuo smartphone
Android
iOS
Misure con smartphone fermo
Gli accelerometri dello smartphone funzionano come
dinamometri, sono simili a una molla con pesetto. Da fermo,
con l’orientamento come in figura, lo strumento avverte una
forza in direzione –Y e misura un valore di accelerazione di
circa -9,8 m/s².
ATTENZIONE: ALCUNE APP AZZERANO I SENSORI AUTOMATICAMENTE
Cosa succede se capovolgo lo
smartphone?
Ruotando lo smartphone di 180° e ripetendo la
misura, sempre da fermo, il valore dell’accelerazione
(F/m) è attorno a +9,8 m/s²
Esperimenti di meccanica
Caduta libera di uno
smartphone
Caduta libera (con Sensor Kinetics)
Caduta libera
Da che altezza è caduto lo smartphone?
Caduta libera
Accelerazione: caduta libera dello
smartphone
25
20
15
10
5
0
9,5
9,7
9,9
10,1
10,3
10,5
10,7
10,9
11,1
11,3
11,5
-5
-10
Da che altezza è caduto lo smartphone?
La caduta dei corpi
con videocamera on board
quando non c’erano gli smartphone
Da terra: g = 9,8 m/s²
A bordo: a = 0 m/s²
filmato
filmato
filmato
La caduta libera
Una questione di punti di vista
Da terra: g = 9,8 m/s²
A bordo: a = 0 m/s²
Caduta libera (???)
Le Oil Towers a
Mirabilandia
Caduta libera (???)
filmato
LANCI
COME SI MUOVE IL PALLONE?
LANCI
COME SI MUOVE IL PALLONE?
Osservatore a bordo
LANCI
COME SI MUOVE IL PALLONE?
Osservatore a bordo
LANCI
COME SI MUOVE IL PALLONE?
Osservatore a bordo
LANCI
COME SI MUOVE IL PALLONE?
Sulla Terra
Nella ISS
filmato
filmato
Smartphone e tablet
per esperimenti di meccanica
Moto circolare
Studying circular
motion and
accelerations in an
Amusement Park
(Mirabilandia, Italy)
https://sites.google.com/site/comovinglittlelab/home
Lorenzo Galante,
Anna Maria Lombardi
https://www.youtube.com
/watch?v=Q8G6KIvcPkU
&feature=youtu.be
Filmato
https://www.youtube.com/watch?v=RqqOb3B8jVM
Filmato
Una “smart” insalata
Una “smart” insalata
R = ???
T = ???
4 2 R
a 
T2
Una “smart” insalata
Una “smart” insalata
Accelerazione su un giradischi
Giovanni Pezzi, “Una caccia al tesoro scientifica:dove sta
l’accelerometro in uno smartphone?”, La fisica nella scuola, XLVI, n. 2,
aprile giugno 2013
filmato
Accelerazione radiale on
board
Risultati diversi con differenti smartphone.
Perché?
4 2 R
a 
T2
Di fatto non conosciamo la
posizione
dell’accelerometro
all’interno dello smartphone
Il problema non si pone se R>>>
Altrimenti ricercare la posizione
dell’accelerometro
Il giroscopio
E’ in grado di misurare la velocità angolare in
rad/s intorno ai tre assi x, y e z del dispositivo.
R Pörn and
M Braskén
M.Monteiro, C.
Cabeza, A. C.
Marti, P. Vogt,
J.Khun
2
𝑎=𝜔 𝑅
Smartphone e
tablet
per esperimenti di
meccanica
Moto armonico
Moto armonico
Osservatore a bordo
1) Con quale pulsazione (velocità angolare) ha
oscillato lo smartphone?
2) In quale punto della traiettoria si trova lo
smartphone quando l’accelerazione è
rispettivamente massima e minima?
3) Quanto vale la massa dello smartphone
utilizzato?
ESPORTAZIONE
Esperimenti con il barometro
Atmosferic Pressure and
Altitude
0,1 kPa  
8m
1 mm Hg  
10,5 m
Il senso della pressione
Ascensore Faenza
1020,5
1020,0
pressione (hPa)
1019,5
1019,0
1018,5
1018,0
1017,5
1017,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
tempo (s)
Su e giù in ascensore. Quanti piani ?
Quale altezza?
100
Su e giù in ascensore. Quanti piani ?
Quale altezza?
aspirapolvere
1005
1000
pressione (hPa)
995
990
985
980
975
0
10
20
30
40
tem po (s)
50
60
70
Legge di Stevino
Legge di Stevino
Risultati misure
Schede del progetto SSK nel sito MIUR:
http://ls-osa.uniroma3.it/pages/posts/1
Sara O. Parolin