Giocando con i nostri sensi

LE GIORNATE DELLA SCIENZA
III EDIZIONE
Frosinone, 11-20 novembre 2009
PROGRAMMA
GIOCANDO CON LA SCIENZA: mostre e laboratori
12-20 novembre, Villa Comunale, ore 9.30-13.00 / 15.00-18.00.
Inaugurazione: 11 novembre, ore 17.00
I Giocattoli e la Scienza
Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento
ForMATH Project, Bologna
Divertiamoci sperimentando
III Circolo Didattico, Sora
Scuola Media Statale “Facchini”, Sora
Istituto Tecnico Industriale Statale “Volta”, Frosinone
Giocando con i nostri sensi
Azienda Sanitaria Locale di Frosinone, ORL, Ospedale “Umberto I”, Frosinone
LO SPETTACOLO DELLA SCIENZA: spettacoli teatrali
Le Pillole LUDIS: science show
15 novembre, Villa Comunale, ore 10.30-12.30
LUDIS Chemboys, Lab. Unico Didattica Intrattenimento Scientifico, Roma
Dottor Watt e la signorina Lampadina: spettacolo teatrale
19 novembre, Auditorium Comunale, ore 10.00 (replica ore 11,30)
Compagnia “Pupi e Fresedde”, Teatro di Rifredi, Firenze
La Matematica in cucina: Cabaret matematico-culinario
20 novembre, Auditorium Comunale, ore 10.00 (replica ore 17.00)
Compagnia “Pupi e Fresedde”, Teatro di Rifredi, Firenze
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Comitato Organizzatore
• Patrizia Campagna, Ufficio Scolastico Provinciale di Frosinone
• Antonio Maffucci, Università degli Studi di Cassino, Facoltà di Ingegneria
• Mauro Walter Pagnanelli, Accademia di Belle Arti, Frosinone
• Maurizio Turriziani, Centro Ricerca Formazione Frosinone, Comune di Frosinone
Scuole partner del Progetto
• Istituto Magistrale “Pietrobono”, Alatri
• Istituto Magistrale “Varrone”, Cassino
• Istituto Professionale Industria e Artigianato “Galilei”, Frosinone
• Istituto Professionale Servizi Alberghieri e Ristorazione “Buonarroti”, Fiuggi-Ceccano
• Istituto Statale d’Arte, Anagni
• Istituto Tecnico Industriale Statale “Morosini”, Ferentino
• Istituto Tecnico Industriale Statale “Volta”, Frosinone
• Liceo Artistico Statale “Bragaglia”, Frosinone
• Liceo Scientifico, Ceccano
• Liceo Scientifico “Severi”, Frosinone
• Scuola Media Statale “Facchini”, Sora
• III Circolo Didattico, Sora
Segreteria Generale
• Roberta Vinciguerra, Università di Cassino, Polo Didattico di Frosinone
Segreteria Amministrativa
• Carmine Nicolò, DAEIMI, Dipartimento di Automazione, Elettromagnetismo,
Ingegneria dell’Informazione e Matematica Industriale, Università di Cassino
Web
www.ing.unicas.it/gds/gds.htm
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PRESENTAZIONE
Benvenuti a “Le Giornate della Scienza”!
Anche quest’anno la manifestazione, giunta alla sua III Edizione, si propone di avvicinare la
scienza a tutti, attraverso una ricca serie di attività nelle quali tutti possano trovare stimoli e
spunti di riflessione sulla realtà che ci circonda.
Il tema di quest’anno è “la scienza tra spettacolo e gioco”, a sottolineare il ruolo fondamentale
che assume la dimensione del gioco e del divertimento nella nostra capacità di avvicinarci alla
scienza e di comprenderne i fenomeni.
I giocattoli sono gli strumenti con cui ciascuno di noi compie i primi “esperimenti” e si confronta
con i propri sensi e con la realtà esterna: l’allestimento della mostra “I Giocattoli e la Scienza”,
realizzata dal Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento, nasce proprio da questa
considerazione. I giocattoli in esposizione, oltre ad essere divertenti, consentono di illustrare
alcuni principi scientifici che poi hanno applicazioni pratiche nella vita di tutti i giorni. Accanto
a tale mostra, sono presenti postazioni curate dall’ITIS “Volta” di Frosinone, dalla Scuola Media
“Facchini” di Sora e dal III Circolo Didattico di Sora, che propongono esperienze didattiche a
metà tra gioco ed esperimenti: cappellini ad energia solare, centrali idroelettriche in miniatura,
mulini e frantoi di legno, modellini di cellula e altro ancora. Infine è possibile divertirsi a
“interrogare” i propri sensi attraverso le esperienze interattive curate dall’Azienda Sanitaria
Locale di Frosinone.
A rendere unico questo evento è il particolare ruolo riservato alla comunità scolastica della
Provincia: oltre alle scuole citate, che contribuiscono direttamente alla realizzazione delle
mostre e dei laboratori, sono presenti altri 10 istituti, i cui studenti sono coinvolti in prima
persona nella gestione dell’evento, nell’accoglienza e nel ruolo di animatori delle mostre e dei
laboratori. Parallelamente i loro docenti sono impegnati in un percorso formativo di
approfondimento sugli strumenti informali e formali per la didattica sperimentale delle scienze,
curato da ForMATH Project di Bologna, dall’Associazione ScienzaViva di Calitri (AV), dall’Agenzia
Regionale per la Protezione Ambientale del Lazio, Sezione Provinciale di Frosinone e dalla
Facoltà di Ingegneria dell’Università di Cassino.
La scienza come spettacolo o lo spettacolo della scienza è il filo conduttore di tre ulteriori
proposte del ricco menu delle Giornate della Scienza 2009. I Chem-boys del Laboratorio Unico
Didattica Intrattenimento Scientifico di Roma propongono le loro “Pillole”, una serie di minispettacoli sulla chimica. La compagnia “Pupi e Fresedde” del Teatro di Rifredi di Firenze, infine,
è presente con due spettacoli: “Dottor Watt e la signorina lampadina”, una piacevole
scorribanda didattica per saperne qualcosa di più sulla natura e i misteri dell’elettricità e per
imparare come risparmiare energia e soldi e “La matematica in cucina”, un cabaret matematicogastronomico.
Il nostro augurio è che allo sforzo profuso per allestire una proposta culturale ricca e varia
possa corrispondere la soddisfazione ed il gradimento di coloro che ne saranno i fruitori.
Patrizia Campagna, Ufficio Scolastico Provinciale di Frosinone
Antonio Maffucci, Università degli Studi di Cassino, Facoltà di Ingegneria
Mauro Walter Pagnanelli, Accademia di Belle Arti di Frosinone
Maurizio Turriziani, Centro Ricerca Formazione, Comune di Frosinone
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SALUTI
La scienza intera non è altro che un modo
più sofisticato del pensare quotidiano.
(Albert Einstein)
Il successo riscontrato lo scorso anno con la seconda edizione de ‘Le Giornate della Scienza’, ci ha
convinto a pensare di realizzare una nuova manifestazione di divulgazione scientifica, altrettanto
stimolante e attraente, privilegiando l’aspetto ludico dell’apprendimento delle scienze.
L’occasione, con il coinvolgimento di nuovi attori e la scelta di tematiche diverse, ha permesso
di mettere a confronto mondi ed esperienze diverse come la scuola, il mondo accademico e
della ricerca, quello della medicina, la realtà imprenditoriale, il mondo teatrale e artistico,
realizzando un programma di eventi condiviso e partecipato frutto di aperti confronti, costanti
scambi di opinioni e produttive azioni di supporto.
Comune è stato l’obiettivo che ha animato l’intero lavoro, ossia disseminare conoscenze
scientifico-tecnologiche, al fine di orientare tutti, e maggiormente i giovani, ad acquisire una
preparazione più adeguata di un’infinitesima parte di cosa è e di come procede la scienza e dei
suoi risultati. Un’esigenza particolarmente sentita oggi, in un momento come quello attuale, in
cui la società dipende sempre più dalla scienza e dalle sue applicazioni; in cui tutti siamo
chiamati sempre più spesso a prendere posizione su questioni sulle quali la scienza e le sue
applicazioni hanno molta influenza; e, infine, dove la conoscenza e la comprensione della
natura della scienza e dei suoi risultati è alquanto limitata soprattutto fra la popolazione
studentesca del nostro territorio nazionale.
Da queste riflessioni è nata l’idea di integrare la divulgazione con la formazione, utilizzando nel
corso della manifestazione canali comunicativi ed educativi diversi: dalle immagini visive
all’interattività, dalle animazioni alle simulazioni, dagli esperimenti alla ricerca, e così via. Tutto
ciò, in maniera contestuale o in modo perfettamente definito, passeggiando nelle sale allestite
con gli exhibit interattivi, seguendo i corsi di formazione, partecipando alle rappresentazioni
teatrali o semplicemente assistendo agli spettacoli di scienza per tutti.
Una varietà di eventi legati ad un filo comune, un filo teso a far sorgere e mantenere vivo
l’interesse per la scienza, attraverso stimoli e fonti di ispirazione tratti dal mondo del gioco,
della finzione e della fantasia. Probabilmente molti fisici, chimici, ingegneri, medici e biologi di
oggi hanno iniziato da piccoli in questo modo, spinti dal fascino di alcuni giocattoli,
esperimenti, libri, o immagini televisive, ad avventurasi nel mondo delle scienze facendole
diventare pian piano, da adulti, attività di lavoro e di ricerca a beneficio di tutti.
Il contributo di istituzioni qualificate, di associazioni accreditate, di persone preparate, che
provengono dal mondo istituzionale, scientifico, accademico, produttivo e sociale del nostro
dinamico ed operoso territorio fanno ben sperare in una piena riuscita della manifestazione,
anche perché ci piace pensare di aver contribuito, anche se molto parzialmente, a far muovere
qualche passo all’intera comunità territoriale verso quei saperi scientifici e conoscenze
tecnologiche che con difficoltà entrano a far parte del bagaglio culturale di ognuno.
I PROMOTORI
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
I Giocattoli e la Scienza
Credits:
Questa mostra è nata da un'idea del Prof. Vittorio Zanetti, che
nel 1992 ha realizzato la prima edizione a Trento, a cura del
Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Trento. Tale
esposizione è successivamente divenuta itinerante, toccando
numerose regioni d'Italia e con qualche puntata anche
all'estero (in Svizzera e Polonia).
I giocattoli in esposizione sono stati scelti perché, oltre ad
essere divertenti, funzionano in base a principi fisici
particolarmente interessanti.
L'esposizione è costituita da circa una cinquantina di giocattoli
che illustrano aspetti apparentemente paradossali di
meccanica, ottica, termodinamica, astronomia, ed elettricità.
L'intento è quello di catturare l'attenzione del visitatore, di
incuriosirlo, avvicinandolo ai fenomeni fisici in modo semplice
e familiare... perché possa comprendere che la scienza non si
trova solo nei laboratori e non è poi così lontana dalla realtà
che ci circonda. La Scienza non è uno strumento per pochi
«addetti ai lavori», ma costituisce parte integrante della nostra
vita quotidiana; questa mostra mira proprio a stimolare le
nostre domande sugli oggetti e sulle esperienze con cui ogni
giorno abbiamo a che fare.
Partendo da questo ricchissimo patrimonio di esperienze e questi
materiali ForMATH ha realizzato, con i responsabili del laboratorio
di Trento, dei percorsi studiati appositamente per essere utilizzati
con i ragazzi delle scuole e con il grande pubblico. Si lavorerà con
orsetti equilibristi, paperi bevitori, pendoli strani, molle per iniziare
a scoprire le meraviglie della fisica.
ForMATH Project s.r.l. è una società di servizi che offre a
scuole, istituzioni e imprese formazione, consulenza e
progettazione, realizzazione di attività in ambito matematico,
informatico, statistico e delle scienze fisiche e naturali.
Si avvale del contributo di prestigiosi esperti del settore, con
una consolidata esperienza di collaborazione con strutture
pubbliche e private.
L’obiettivo principale di ForMATH è favorire la valorizzazione e
la disseminazione delle ricerche, delle esperienze e dei
materiali prodotti da università, musei e gruppi di ricerca,
adattandoli di volta in volta alle esigenze degli Istituti.
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Realizzazione della
mostra e progettazione
dei percorsi didattici:
Laboratorio di
Comunicazione delle
Scienze Fisiche
(Dipartimento
di Fisica-Università
di Trento)
Realizzazione dei
laboratori didattici legati
alla mostra: ForMATH
Project srl
GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
Elenco degli Exhibit della mostra
ASTRONOMIA
MECCANICA
1
Il cielo in un ombrello
1
2
Il cielo in un pallone
3
Meridiana del pastore
4
Meridiana equatoriale universale
5
Meridiana orizzontale
3
Una bambola molto equilibrata
6
Clessidra a sabbia
4
Un pagliaccio molto equilibrato
7
Clessidra a due liquidi
5
Pendolo e caos
8
Orologio a sfere
6
Cilindro su piano inclinato
7
Doppio cono su piano inclinato
ELETTROMAGNETISMO
8
Pendolo multiplo
1
Magneti che si sostengono l’un l’altro
9
Palline in caduta libera
2
Chi fornisce l’energia?
10 Pendoli di Newton
3
Gli amanti
11 Pallina e asciugacapelli
4
Sfera di palma
12 Picchio che si muove a singhiozzo
Misura delle distanze con
gli ultrasuoni
2
Barche che galleggiano
tra due liquidi
13 Yo - Yo
LUCE
14 Pendolo di Maxwell
1
Specchi semitrasparenti
15 Giro della morte
2
Miraggio
16 Il tempo più breve
3
Uno sguardo all’infinito
17 Trottola dispettosa
4
Motore a luce
18 Trottole
5
Dispersione di luce
19 Trottola ubriaca
6
Un compact disc per scomporre la luce
20 Imbuto gravitazionale
7
Occhiali per vedere il mondo a colori
8
Fibre ottiche a frusta
TERMODINAMICA
9
Lampada a fibre ottiche
1
Termometro di Galileo
2
Papero bevitore
10 Molla che scende le scale
11 Guida di luce
12 Sbarre che suonano
13 Molle e onde elastiche
14 Carillon
9
GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
ASTRONOMIA
IL CIELO IN UN OMBRELLO
Questo
interno,
Polare.
modello
simpatico parapioggia riporta, disegnate al suo
le principali costellazioni che circondano la Stella
Siamo di fronte a un piccolo planetario, cioè a un
del cielo, così come lo si vede dal nostro emisfero.
IL CIELO IN UN PALLONE
Anche questo è un modello della sfera celeste che può
fornire un'idea della nostra situazione nello spazio.
Dobbiamo però tener presente che noi in realtà siamo
all'interno della sfera celeste, e quindi dovremmo essere
all'interno del pallone, invece che all'esterno. Per questo
aspetto, quindi, il presente modello può darci un'idea
sbagliata!
MERIDIANA DEL PASTORE
Lo gnomone va sistemato in corrispondenza della data in
cui si vuole effettuare la misura, indicata sulla ghiera
cilindrica superiore.
Tramite l'apposita catenella si tiene sospesa verticalmente
questa meridiana, orientando quindi lo gnomone verso il
Sole: per controllare se ciò è verificato con buona
approssimazione, basta far sì che l'ombra dello gnomone
sia la più sottile possibile. L'estremità dell'ombra dello
gnomone indica l'ora in corrispondenza delle linee
tracciate sulla superficie cilindrica della meridiana. (Se
l'ombra non cade esattamente su una di queste linee,
occorre interpolare).
Nota: questa meridiana dà una indicazione corretta solo per
un certo luogo (o meglio, solo per una certa latitudine). Il suo
nome deriva dal fatto che era particolarmente usata dai
pastori, e in generale da chi viveva all'aperto, stante la sua
robustezza e la comodità di poter richiudere lo gnomone per
poterla riporre in tasca.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
ASTRONOMIA
MERIDIANA EQUATORIALE UNIVERSALE
Se questo modello di meridiana viene disposto
opportunamente, è in grado di indicare il giorno dell'anno e
l'ora della giornata in qualsiasi località sulla superficie
terrestre. Per questa ragione viene chiamata "universale".
L'appellativo di "equatoriale" deriva invece dal fatto che il
quadrante su cui si leggono le indicazioni è contenuto in un
piano parallelo a quello dell'equatore terrestre. Per far
funzionare questa meridiana in un dato luogo, occorre puntare
il suo asse verso la Stella Polare. Quando il Sole si alza,
l'ombra del nottolino situato sull'asse inizia il suo cammino
sulla fascia centrale ove sono segnate le ore della giornata,
distanziate angolarmente di 15 in 15. In particolare, al
mezzogiorno solare vero l'ombra del nottolino sarà
esattamente a metà della fascia ed individuerà il meridiano
locale. Poiché l'altezza del Sole al mezzogiorno vero dipende
dal giorno dell'anno, l'ombra del nottolino in questo istante
permette di individuare, oltre all'istante del mezzogiorno
solare vero, anche la data. Si noti che, per assicurare la
necessaria orizzontalità alla meridiana, essa è fatta in maniera
da galleggiare sull'acqua contenuta entro il cilindro nero
esterno. Questa è la meridiana concettualmente più semplice
che esista, poiché l'ombra del nottolino viene gettata su una
superficie sferica, quindi tale ombra si muove su una superficie
sferica proprio come fa il Sole in cielo.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
ASTRONOMIA
MERIDIANA ORIZZONTALE
Questa meridiana tascabile deve essere disposta in orizzontale
ed il filo deve venire orientato verso la Stella Polare, cosa
questa che si ottiene facilmente in base all'indicazione della
bussola e alla conoscenza dell'altezza della Stella Polare nel
luogo in cui si fa l'osservazione (vedi sotto). Questo tipo di
meridiane, chiudibile "a libro", nel Settecento è stato forse il
più in voga, essendo molto comodo ed elegante. Tieni
presente che a quei tempi gli orologi a molla costavano molto
ed inoltre non erano esatti, tant'è vero che per controllare l'ora
da essi indicata li si doveva confrontare sistematicamente
proprio con le meridiane. Questo orologio solare è costruito in
maniera da poter venire utilizzato in un notevole intervallo di
latitudini, quindi era particolarmente utile per chi doveva
viaggiare: quando una persona si spostava verso sud o verso
nord, doveva spostare conseguentemente la funicella che fa da
gnomone, in maniera che essa puntasse verso la Stella Polare,
cioè verso il Polo Nord Celeste. La bussola di cui è provvisto
il quadrante orizzontale facilitava questo compito,
permettendo di eseguire l'allineamento di cui sopra anche di
giorno. Infatti, l'ago della bussola indica la direzione del
meridiano locale con discreta precisione, mentre la latitudine
delle principali città europee, segnata sui bordi del quadrante,
permette di inclinare dello stesso angolo, rispetto
all'orizzontale, la funicella. Queste due indicazioni bastano per
individuare la direzione della Stella Polare in ogni luogo,
poiché ovviamente questa stella è situata sul piano meridiano
del luogo, ed inoltre ha un'altezza angolare sull'orizzonte
sempre uguale alla latitudine del posto di osservazione.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
ASTRONOMIA
CLESSIDRA A SABBIA
La clessidra a sabbia, assieme alle meridiane, alle clessidre ad
acqua e alle candele di una data composizione e lunghezza,
costituisce uno dei primi strumenti che è servito all'umanità
per misurare lo scorrere del tempo.
Così come ogni altro strumento per la misura del tempo, la
clessidra a sabbia permette di realizzare un moto periodico,
caratterizzato dal tempo che impiega la sabbia a scendere dal
comparto superiore al comparto inferiore. Questo tempo
caratteristico, chiamato periodo, può essere ripetuto molte
volte, se l'operatore ribalta la clessidra, quando non scende
più sabbia.
CLESSIDRA A DUE LIQUIDI
Queste clessidre funzionano come le clessidre normali, solo
che al posto della sabbia scandiscono il tempo mediante la
discesa di un liquido molto denso. Questo liquido (colorato,
per poterlo vedere meglio) man mano che scende scaccia il
liquido meno denso (trasparente) dalla parte inferiore alla
parte superiore della clessidra stessa. I due liquidi,
ovviamente, non devono essere miscibili.
In effetti, anche nelle clessidre normali la sabbia scaccia
qualche altra cosa - l’aria - man mano che scende.
OROLOGIO A SFERE
Il quadrante di questo orologio è un po' strano: per conoscere
l'ora occorre sommare le indicazioni date dalle sferette
disposte sulle sue tre file orizzontali. L'orologio funziona
mediante un motorino elettrico che fa ruotare il suo lungo
braccio posteriore, fornito di un opportuno “cucchiaio”;
quest'ultimo solleva una sferetta ogni minuto, poi la deposita
in alto. La sferetta scivola quindi verso il basso, andando a fermarsi
sulla fila dei minuti (la più alta), oppure sulla fila dei cinque minuti
(la fila intermedia), oppure delle ore (la fila più bassa).
In conclusione, questo orologio è strano solo per quanto
riguarda il suo “quadrante”, ma per il resto si basa su un
principio assolutamente comune a tutti gli orologi: lo
sfruttamento di un moto periodico - in questo caso il moto
rotatorio fornito dal motorino elettrico - in grado di scandire il
tempo che passa.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
ELETTROMAGNETISMO
MAGNETI CHE SI SOSTENGONO
L'UN L'ALTRO
I tre magneti possono scorrere liberamente lungo l'asta
verticale, e sembra quasi che galleggino uno sull'altro, tant'è
vero che se spingi verso il basso quello superiore, quando lo
lasci libero tornerà nella sua posizione iniziale, proprio come
se ci fosse una molla invisibile che lo respinge verso l'alto.
(Le forze che agiscono sui singoli magneti sono rappresentate
schematicamente nella figura qui a lato).
Da quanto hai visto, è facile intuire che la forza di repulsione
tra magneti può essere sfruttata in vari dispositivi della
tecnica. In particolare, nelle ricerche più avanzate si sta
mettendo a punto un treno che al posto delle ruota ha degli
elettromagneti che lo sostengono, perché vengono spinti verso
l'alto da un opportuno campo magnetico continuo.
Il movimento di questi treni avviene quindi quasi senza
incontrare attrito contro i binari.
CHI FORNISCE L’ENERGIA?
L’oggetto in movimento rotatorio sui due profilati concavi
riesce sempre a risalire alla quota più elevata, anche se non si
comprende come possa vincere gli attriti contro l’aria e contro
le rotaie. Ma la fisica ci assicura che il moto perpetuo non
esiste, quindi ci deve essere una qualche fonte di energia,
anche se di difficile individuazione, che gli permette di restare
in movimento.
Ognuna delle tre estremità del corpo rotante nasconde una
piccola calamita, la quale, passando nella zona centrale del
basamento, viene attratta da un elettromagnete nascosto
entro il basamento stesso. Appena la calamita ha superato il
centro del basamento, l’elettrocalamita deve interrompere la
sua attrazione, altrimenti ora frenerebbe il corpo rotante.
Questo si verifica per ognuna delle tre estremità del rotore. In
conclusione, la fonte di energia di questo giocattolo è la pila
che fa funzionare l’elettrocalamita (interna al basamento).
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
ELETTROMAGNETISMO
GLI AMANTI
Le due calamite a forma di piccoli dischi, collocate alle
estremità delle due aste orizzontali, si attraggono
reciprocamente. Infatti, se si dà una piccola spinta ad una
delle due, l'altra tende a seguirla nel suo moto, qualsiasi cosa
essa faccia.
(Forse il nome commerciale del giocattolo, "Gli amanti", deriva
proprio da questo loro comportamento...).
SFERA DI PLASMA
Questo dispositivo è costituito essenzialmente da una sfera di
vetro entro cui è contenuto un gas a bassa pressione e da un
elettrodo centrale a circa 10000 volt, anch'esso sferico.
Inoltre, vi è un basamento entro cui è alloggiata la parte
elettrica che serve per alimentare l'elettrodo centrale, la
cui polarità si inverte con una frequenza di circa 30000 hertz.
Quando l'interruttore è acceso scoccano scintille luminose e
diffuse che si dipartono radialmente dall'elettrodo centrale. Il
loro colore è caratteristico del gas contenuto nella sfera,
oltreché della pressione a cui questo gas si trova. In sostanza,
i filamenti luminosi che vengono generati dall'alta tensione a
cui si trova l'elettrodo centrale sono analoghi ai fulmini che
si verificano durante i temporali: la loro diversità dipende
soprattutto dal fatto che la pressione dell'aria è molto più alta
della pressione a cui si trova il gas entro la sfera.
Nota: quando un gas ad alta temperatura e molto ionizzato, in
fisica viene chiamato "plasma"; in effetti il nome di questo
dispositivo deriva proprio dal fatto che le scariche elettriche
provocano zone in cui il gas ha le caratteristiche sopra
ricordate. Potrai osservare che cosa succede se si avvicina un
dito alla sfera, oppure se le si avvicina una piccola lampada al
neon, ed ancora se si interpone un foglio di alluminio tra la
sfera e la lampada stessa. Potrai infine parlare davanti alla
sfera, la quale seguirà ubbidiente i suoni da te emessi, con le
sue scariche elettriche.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
LUCE
SPECCHI SEMITRASPARENTI
Non è semplice stabilire dove si forma l’immagine di un
oggetto posto davanti a un normale specchio piano. È invece
assai più semplice se si ha a che fare con un specchio
semitrasparente, poiché basta andarla a individuare con la
punta di una matita posta dietro allo specchio stesso. Così
facendo, troverai che l’immagine si forma proprio alla stessa
distanza dell’oggetto, rispetto al piano dello specchio. In altre
parole, si può concludere che l’immagine e l’oggetto sono
situate in posizioni simmetriche rispetto al piano dello
specchio. Se ora si collocano secondo un certo angolo due
specchi semitrasparenti, e tra questi due specchi si dispone un
oggetto qualsiasi, si formeranno varie immagini di questo
oggetto, situate anche in questo caso in posizioni
facilmente individuabili con la punta di una matita posta dietro
agli specchi stessi. Le posizioni così individuate risultano
simmetriche rispetto al vertice dell’angolo formato dai due
specchi.
MIRAGGIO
Se ti poni leggermente di fianco all'apertura del dispositivo,
potrai vedere un'immagine talmente realistica che la
scambierai per un oggetto vero, tant'è che avrai l’illusione di
poterla toccare. In realtà, l’oggetto vero è al di sotto
dell’apertura, appoggiato sullo specchio inferiore.
I raggi che provengono dall’oggetto vengono riflessi su
entrambi gli specchi, prima di formare l’immagine. Questi
specchi debbono essere di buona qualità ottica, affinche
l’immagine non risulti deformata da ben due riflessioni poco
nitide. Nota che questo dispositivo viene chiamato “miraggio”
perché mostra una cosa che sembra esserci, mentre invece
non c’è!!
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
LUCE
UNO SGUARDO ALL’INFINITO
Guarda attentamente il dispositivo.
Quante immagini vedi?
Ti sei mai trovato di fronte a una situazione analoga, nella vita
di tutti i giorni? Quanti specchi pensi che ci siano, in totale,
all’interno del dispositivo? E quante lampadine, in totale?
MOTORE A LUCE
La luce trasporta energia, come dimostra questo dispositivo in
cui l’accensione del faretto provoca la rotazione del mulinello.
(Il suo rendimento però è molto basso, al contrario di altri
dispositivi, quali le celle solari, che possono produrre energia
elettrica in quantità assai maggiore).
Forse avrai notato che le facce delle pale del mulinello sono
alternativamente chiare e scure. Quando la luce colpisce le facce
chiare, essa viene riflessa quasi completamente, mentre quando
colpisce le facce scure viene in buona parte assorbita, proprio
come capita a una persona che indossa un vestito nero stando
al sole. Ciò provoca un riscaldamento maggiore delle facce scure,
rispetto al riscaldamento delle facce chiare. Dentro l’ampolla vi
è un gas a bassa pressione. Quando le molecole di questo gas
urtano le facce chiare, rimbalzano indietro con velocità più bassa
della velocità con cui rimbalzano le molecole contro le facce
scure. Questo perché l’agitazione termica delle molecole che
costituiscono le facce scure è maggiore dell’agitazione termica
delle molecole che costituiscono le facce chiare. Perciò, le spinte
che le molecole del gas ricevono da una faccia chiara sono
minori delle spinte che ricevono le molecole del gas da una
faccia scura. Per il principio di azione e reazione, quindi, le spinte
che le molecole del gas danno a una faccia chiara sono minori
di quella che danno a una faccia scura. Perciò, il mulinello inizierà
a ruotare con le facce chiare che precedono le facce scure. (La
rotazione è possibile perché l’attrito contro il perno di supporto
e contro il gas residuo è molto basso).
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
LUCE
DISPERSIONE DELLA LUCE
La luce che colpisce un prisma di vetro, oppure un prisma cavo
riempito d'acqua, viene dispersa, cioè separata, nei suoi
"colori" costituenti. In questo caso la luce viene emessa da
una lampadina a incandescenza di un comune proiettore per
diapositive e viene fatta passare attraverso una sottile
fenditura. Servendosi di questo dispositivo si può analizzare
la luce emessa dalle varie sorgenti di luce. Così facendo si
trova che alcune sorgenti danno uno spettro continuo, cioè
costituito dagli infiniti colori dell'arcobaleno, mentre altre
danno uno spettro a righe, cioè costituito da pochi colori
estremamente ben definiti, come nel caso della lampada a
basso consumo.
(Per spettro di una sorgente luminosa si intende l'insieme dei
colori, o meglio delle radiazioni elettromagnetiche, che
costituiscono la sua luce). Poiché le righe che formano un
certo spettro sono caratteristiche degli atomi che compongono
la sorgente luminosa esaminata, con questo dispositivo è
possibile conoscere in particolare quali sono gli atomi che
compongono l'atmosfera di una qualsiasi stella, anche se essa
è situata a distanza di miliardi di chilometri da noi. In altre
parole, con un prisma è possibile fare l'analisi chimica dei
corpi luminosi, anche se molto lontani.
Nota: anziché parlare di colore di un certo raggio luminoso,
sarebbe meglio parlare di lunghezza d'onda della radiazione
che costituisce il raggio luminoso.
UN COMPACT DISC PER SCOMPORRE
LA LUCE
La luce che colpisce un normale CD viene riflessa dalle
sottilissime strisce concentriche in cui è suddivisa la sua
superficie. Poiché si ha diffrazione su ognuna di queste
strisce, la luce viene scomposta nei suoi "colori" costituenti,
in maniera analoga a quando attraversa il prisma descritto
sopra, oppure gli occhialini.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
LUCE
OCCHIALI PER VEDERE IL MONDO
A COLORI
Guardando con questi occhiali la lampadina a filamento
incandescente si vedranno molti spettri luminosi colorati, perché le
"lenti" di questi occhiali sono costituite da reticoli di diffrazione
incrociati.
Un cenno di spiegazione è il seguente: quando la luce attraversa
una fenditura molto stretta, essa non viaggia più in linea retta,
bensì si sparpaglia tutt'attorno, proprio come succede alle onde
sull'acqua che passano attraverso la stretta imboccatura di un
porto. Questo fenomeno si chiama diffrazione delle onde (nel caso
dell'ottica, diffrazione della luce). Se le fenditure sono molto
numerose e parallele, questo fenomeno può servire a scomporre
la luce nei suoi colori costituenti: in altre parole, anche se il
meccanismo è diverso dal caso del prisma, pure con una serie di
fenditure molto sottili e parallele si può ottenere lo spettro di una
data sorgente luminosa.
Nel caso degli occhiali qui illustrati, si ottengono molti spettri
uguali, a destra e a sinistra, in alto e in basso, ed anche sulle
diagonali, perchè le “lenti” degli occhiali sono costituite da due
serie di fenditure incrociate a 90o.
FIBRE OTTICHE A FRUSTA
Questo semplice dispositivo è costituito da una torcia elettrica,
sistemata entro l'impugnatura, e da molte fibre ottiche
semirigide che si dipartono dalla impugnatura stessa.
La luce generata dalla torcia elettrica entra dentro le singole
fibre ottiche e può uscire solo alle altre estremità perché segue
dei percorsi analoghi a quelli indicati nello schema della
scheda “Guida di luce”. Tali estremità, quindi, brillano nel buio
come tante piccole stelle.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
LUCE
LAMPADA A FIBRE OTTICHE
Questa lampada è formata da moltissime fibre di vetro le cui
estremità inferiori sono collocate entro il basamento, di fronte
ad un faretto che invia una intensa luce dentro le fibre ottiche.
Lo schema riportato nella scheda “Guida di luce” mostra come
mai un raggio di luce che entra attraverso un'estremità di una
guida di luce, e quindi anche di una fibra di vetro, può uscire
solo all'altra sua estremità. Per rendere più interessante il
dispositivo, dentro il basamento è stato collocato un filtro di
vetro costituito da vari settori colorati, posto in lenta rotazione
da un motorino elettrico: un po' alla volta i diversi settori si
interpongono tra il faretto e le estremità delle fibre ottiche,
quindi la luce che esce all'esterno cambia lentamente di
colore. Al giorno d'oggi le fibre ottiche hanno molte
applicazioni: in particolare, possono servire per guidare la luce
in zone altrimenti inaccessibili, come ad esempio entro lo
stomaco di un paziente, per controllare se vi sono lesioni.
(Prima dell'invenzione delle fibre ottiche, occorreva aprire lo
stomaco con un intervento chirurgico!). Un'altra loro
applicazione fondamentale è nel campo della telefonia, tant'è
che le linee intercontinentali più recenti sono realizzate con
cavi a fibre ottiche, e non più con cavi di rame.
MOLLA CHE SCENDE LE SCALE
Durante la discesa della molla si hanno tre forme di
energia:potenziale gravitazionale, potenziale elastica e cinetica.
Anche se il suo movimento avviene in maniera complessa, per
il principio di conservazione dell'energia si può affermare
che la somma delle tre forme di energia sopra elencate
resta costante durante il moto, salvo quella che si
trasforma in calore a causa dell'attrito. Nota in particolare
come l'inerzia al moto dell'estremità superiore della molla
permetta a quest'ultima di vincere il punto morto che si
ha quando essa deve iniziare la discesa di un nuovo
gradino.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
LUCE
GUIDA DI LUCE
Questa grossa sbarretta di plastica trasparente costituisce una
guida di luce, poiché in effetti la luce introdotta ad una sua
estremità (primo schema) può uscire solo in corrispondenza
dell'altra estremità. Nota che ciò si verifica anche se la parete
laterale della sbarretta è trasparente!
La spiegazione un po' più approfondita è data nel secondo
schema: quando un raggio di luce incide sulla superficie di
separazione vetro-aria secondo un angolo i maggiore di un
dato valore il, chiamato angolo limite, allora il raggio non può
uscire dal vetro, ed anzi viene riflesso entro il vetro stesso
secondo la nota legge: angolo di incidenza = angolo di
riflessione (in simboli: i = r). Quindi, se la guida di luce non
ha curve troppo accentuate, l'angolo i sotto cui i singoli raggi
incidono sulla superficie laterale è quasi sempre maggiore di
il, per cui solo pochi raggi riescono ad uscire.
SBARRE CHE SUONANO
Queste sbarre di acciaio hanno una lunghezza tale che quando
vengono fatte vibrare mediante percussione diventano sede di
onde longitudinali e trasversali.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
LUCE
MOLLE E ONDE ELASTICHE
Queste molle possono servire per realizzare onde trasversali e onde
longitudinali. Le prime si ottengono provocando con movimenti
repentini della mano impulsi in direzione trasversale rispetto
all’asse delle molle, mentre le seconde si ottengono con impulsi
nella stessa direzione dell’asse delle molle.
Quando si colpisce l’estremità di una sbarra metallica, la
materia si mette a vibrare sia trasversalmente sia
longitudinalmente: in altre parole, nei solidi vengono quasi
sempre generati contemporaneamente due sistemi di onde
(come nei terremoti, ed anche come nel carillon di cui si parla
nelle schede che seguono), uno costituito da onde trasversali
e l’altro da onde di compressioni e di rarefazioni (onde
longitudinali).
È interessante notare che anche la luce è costituita da onde
trasversali.
CARILLON
In questo strumento musicale i suoni vengono generati dalla
vibrazione delle lamine aventi diversa lunghezza: ad ogni
lunghezza corrisponde una nota particolare, proprio come è
dimostrato nel dispositivo “Sbarre che suonano ”.
Le singole lamine sono messe in vibrazione dalle punte che
sporgono dal cilindro ruotante. Le punte debbono essere
disposte opportunamente sulla superficie del cilindro, a
seconda del motivo che si vuole eseguire. In effetti, per
cambiare motivo, occorre cambiare cilindro.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
MISURA DELLE DISTANZE CON
GLI ULTRASUONI
Lo strumento permette di misurare la distanza di un oggetto
grazie agli impulsi di ultrasuoni che esso emette e che
vengono riflessi dall’oggetto stesso, ritornando allo strumento.
In base al tempo che impiegano gli ultrasuoni per andare e
tornare -tempo che viene misurato dallo strumento stessoquest’ultimo è in grado di calcolare la distanza dell’oggetto,
poiché è nota la velocità di propagazione degli ultrasuoni
nell’aria.
BARCHE CHE GALLEGGIANO TRA
DUE LIQUIDI
Il dispositivo è molto grazioso e permette tra l'altro di realizzare
delle belle onde alla superficie di separazione dei due liquidi.
Questi ovviamente non sono miscibili tra di loro, altrimenti non
potrebbe esistere una superficie così netta che li separa. Inoltre, la
densità del liquido colorato è assai maggiore della densità del
liquido trasparente: ciò può essere dedotto dal fatto che le barche
sono immerse molto poco nel liquido colorato.
Le barche galleggiano sulla superficie di separazione dei due liquidi
perché hanno una densità intermedia tra quelle dei due liquidi stessi.
Nota inoltre che esse sono provviste di una opportuna zavorra che
le permette di raddrizzarsi anche se a un certo moment o si
capovolgono.
UNA BAMBOLA MOLTO EQUILIBRATA
La bambola non si ribalta grazie alla forma molto arrotondata
della sua base e alla distribuzione del suo peso, assai
ribassato. Infatti, quando essa viene inclinata - anche di
molto - il suo peso agisce da forza di richiamo verso la
posizione verticale.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
UN PAGLIACCIO MOLTO EQUILIBRATO
Il pagliaccio sta in equilibrio stabile solo se il suo baricentro è
più basso del punto di appoggio. Questo si verifica perché la
forza peso agisce sempre da forza di richiamo verso la
posizione iniziale, se il pagliaccio viene scostato di un po’. Se
il baricentro è esattamente nella stessa posizione
dell'appoggio, l'equilibrio è indifferente, cioè il pagliaccio resta
in qualsiasi posizione lo si metta. Se infine il baricentro è più
alto del punto d'appoggio, l'equilibrio è instabile, poiché
basta una piccolissima perturbazione perché il pagliaccio si
ribalti.
PENDOLO E CAOS
Il moto di questo pendolo sembra dominato dal caos, perché
è molto irregolare ed è difficile prevedere ove esso andrà a
fermarsi. Infatti, tale moto è influenzato dai cambiamenti
anche minimi del punto di partenza del pendolo, cambiamenti
che sono inevitabili. I magnetini che sono collocati sul
basamento lo attirano oppure lo respingono, a seconda delle
polarità rivolte verso il pendolo, poiché anche quest'ultimo è
costituito da un piccolo magnete. Queste forze di attrazione o
di repulsione tra i magnetini fissi e il pendolo sono grandi o
piccole a seconda della distanza del pendolo stesso. E’ proprio
per tale motivo che la variazione iniziale di posizione
determina una variazione delle forze, e quindi del moto del
pendolo.
Queste considerazioni sui fenomeni caotici sono molto
importanti in vari campi e in particolare nel campo delle
previsioni meteorologiche. Infatti, basta un piccolo
cambiamento di un solo parametro, come ad esempio una
leggera variazione della velocità del vento o della temperatura
dell'aria in un certo luogo, per far sì che in altri luoghi, anche
molto lontani, si risenta di questa variazione in maniera assai
amplificata. È sostanzialmente per questo motivo che le
previsioni meteorologiche risultano ancora poco attendibili
(nonostante i grossi computer ed i satelliti artificiali di cui ci si
serve) quando vengono formulate per tempi superiori ad
alcune giornate.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
CILINDRO SU PIANO INCLINATO
Questo corpo cilindrico si comporta in maniera strana: quando
è lasciato libero su un piano inclinato, invece di scendere
preferisce salire! (Si verifica ciò solo se inizialmente ha una
disposizione opportuna).
La spiegazione è semplice: il corpo cilindrico non è omogeneo,
poiché al suo interno vi è una massa addizionale fissata alla
parete del cilindro; questa massa è in grado di trascinare in
salita il corpo stesso, man mano che la massa scende. In altre
parole, il corpo sale, però il suo baricentro scende, proprio
come ci suggerisce la nostra esperienza quotidiana.
DOPPIO CONO SU PIANO INCLINATO
Anche se sembra che l'oggetto a forma di doppio cono vada
in salita - e ciò è assurdo, per la nostra esperienza di tutti i
giorni - in realtà il suo baricentro si abbassa.
La spiegazione va ricercata nel fatto che le rotaie su cui si
muove sono divergenti, quindi, man mano che il doppio cono
si sposta verso la parte larga delle rotaie, esso viene ad
appoggiare sulle rotaie in due punti sempre più vicini al suo
asse di rotazione. In altre parole, mentre il suo baricentro
tende a salire perché il corpo si muove lungo le rotaie (che
sono effettivamente in salita), poiché queste sono divaricate il
baricentro tende a scendere. Ma quest'ultimo spostamento è
maggiore del primo, quindi il baricentro in realtà discende, se
pure lentamente, via via che il doppio cono si sposta verso la
parte larga delle rotaie.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
PENDOLO MULTIPLO
Se lasci partire ripetutamente il pendolo da un'altezza ben
definita e osservi con attenzione il moto del pendolo a forma
di T e dei pendoli più piccoli, ti renderai presto conto che è
praticamente impossibile ottenere un moto identico, perché è
impossibile lasciar partire il pendolo sempre nella stessa
esatta maniera, anche se si prendono le più rigorose
precauzioni. Al trascorrere del tempo il pendolo amplifica via
via questa differenza nella posizione di partenza: il risultato è
che il suo moto è tanto meno prevedibile, quanto più lungo è
l'intervallo di tempo trascorso dal suo inizio.
Queste considerazioni sono tanto più importanti quanto più il
sistema considerato è complesso (quanto più numerosi sono i
suoi gradi di libertà). In particolare, si applicano al campo
delle previsioni meteorologiche che, come ognuno sa, sono
tanto meno attendibili quanto più si riferiscono a intervalli di
tempo lunghi.
PALLINE IN CADUTA LIBERA
Lasciando cadere assieme le due palline (quella più leggera
appoggiata su quella più pesante), si può notare che esse,
dopo aver urtato contro il pavimento, raggiungono un'altezza
molto diversa: la più pesante arriva ad un'altezza assai minore
di quella leggera, mentre quest’ultima può tranquillamente
arrivare anche fino al soffitto. Come mai questa diversità di
altezze finali, visto che entrambe provenivano dalla stessa
altezza iniziale?
Per intuire come ciò possa verificarsi, occorre tenere presente
che la pallina pesante (e molto elastica) urta il pavimento e
poi inverte la sua velocità quando ancora l'altra pallina sta
scendendo. Quindi, la pallina leggera urta contro quella
pesante quando le loro due velocità sono circa uguali, ma di
verso contrario. E poiché le loro masse sono molto diverse,
succede come in un autoscontro del luna-park, quando si ha
un urto frontale tra una macchina montata da una persona
molto robusta contro un'altra in cui c'è un bambino molto
piccolo.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
PENDOLI DI NEWTON
Per spiegare il comportamento di questa fila di pendoli è utile
ricordare ciò che avviene nel gioco del biliardo o delle bocce.
Quando una boccia urta in pieno un’altra boccia, identica alla
prima e inizialmente ferma, queste si scambiano le loro
velocità: infatti, la prima boccia si ferma mentre la seconda
schizza via con la stessa velocità che aveva la prima. (A rigore,
ciò avviene solo se l’urto è perfettamente elastico, altrimenti
la velocità della seconda boccia sarà un po’ minore di quella
della prima).
Tornando ai nostri pendoli, se supponiamo per semplicità che
questi, pur essendo estremamente vicini, non si tocchino,
possiamo ragionare come segue: il primo pendolo urta contro
il secondo - inizialmente fermo - quindi questi due si
scambiano le velocità. Il secondo pendolo immediatamente
dopo urta contro il terzo - inizialmente fermo - quindi
anch'essi si scambiano le velocità, e così via fino all'ultimo, il
quale non urta contro niente, perciò risale quasi esattamente
alla quota da cui è partito il primo pendolo. Gli urti tra le
sferette d'acciaio sono in effetti quasi perfettamente elastici.
PALLINA E ASCIUGACAPELLI
La pallina è in equilibrio stabile entro il flusso d'aria
dell'asciugacapelli, poiché, anche se viene disturbata con la
mano, oscilla all'interno del flusso d'aria, senza uscire, proprio
come se fosse dentro una buca. Infatti la pressione dell'aria è
minore dove la sua velocità è maggiore.
Questo comportamento (spiegato teoricamente da quello che
in fisica è conosciuto col nome del Teorema di Bernoulli) è
analogo a quello degli aeroplani, i quali riescono a sostenersi
nell'aria nonostante la loro pesantezza. Ciò è possibile grazie
al particolare profilo delle loro ali, il quale fa sì che l'aria
scorra più velocemente al di sopra che al di sotto di esse.
Per questo motivo la pressione contro la faccia superiore delle
ali è ridotta rispetto a quella contro la faccia inferiore, perciò
esse sono sottoposte a una forza verso l'alto, che è proprio
quella che permette all'aeroplano di sorreggersi nell'aria.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
PICCHIO CHE SI MUOVE A SINGHIOZZO
Il picchio scende in maniera strana, poiché si muove a scatti e
oscilla in continuazione, anziché scivolare regolarmente lungo
l’asta.
Questo moto si spiega tenendo presente l’attrito dell’anello
contro l’asta: esso è quasi nullo quando l’anello si trova
perpendicolare all’asta, quindi in questa fase il sistema scivola
verso il basso. Un po’ alla volta, però, l’anello resta indietro
rispetto al picchio (a causa del piccolo attrito contro l’asta),
quindi viene a disporsi sempre più obliquamente rispetto
all’asta stessa, perciò l’attrito cresce fino a far bloccare
l’anello. Quest'improvviso blocco provoca l’oscillazione verso il
basso e poi verso l’alto del picchio (grazie alla molla che
collega il picchio all’anello). Tale oscillazione verso l’alto fa sì
che l'anello torni orizzontale, quindi l'attrito ridiventa
trascurabile e il sistema torna a scendere. Le varie fasi poi
tornano a ripetersi finché il picchio non giunge sul basamento.
In termini di energia, possiamo dire che all'inizio essa è tutta
potenziale gravitazionale, mentre durante il moto si trasforma
in cinetica, in potenziale elastica e anche in calore (a causa
dell'attrito).
YO - YO
E' un giocattolo classico con cui si sono divertite molte
generazioni di persone. L'energia potenziale posseduta dallo
yo-yo quando è in alto viene trasformata in energia cinetica di
rotazione e di traslazione, man mano che esso scende per
effetto della sua forza peso.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
PENDOLO DI MAXWELL
Questo dispositivo è praticamente uno yo-yo di grandi
dimensioni, sorretto da due fili fissati all'asse della ruota,
invece che da un solo filo che scorre entro la gola dello
yo-yo. Quando la ruota è nel punto più alto, essa possiede
solo energia potenziale. Man mano che scende, per effetto
della forza peso l'energia iniziale si trasforma in energia
cinetica di rotazione ed anche in energia cinetica di
traslazione verso il basso. Quando poi la ruota giunge nel
punto più basso della sua discesa, essa inverte la sua
velocità di traslazione - ma non quella di rotazione - come
una palla che rimbalza contro il pavimento. Nel caso del
pendolo di Maxwell, in ogni corsa di andata e ritorno
viene persa una certa quantità di energia, soprattutto
perché le due funicelle di sostegno non sono
perfettamente elastiche.
L'altezza massima a cui giunge in due corse successive
può quindi variare di poco o di molto, a seconda del tipo
di funicelle impiegate.
GIRO DELLA MORTE
Quando il rocchetto metallico è in alto, esso ha solo energia
potenziale. Man mano che scende lungo il profilo, aumenta la
sua velocità di traslazione ed anche la sua velocità di
rotazione.
Il rocchetto riesce a compiere il "giro della morte" solo se la
sua velocità è elevata. Più precisamente, nel punto in cui si
trova "a testa all'ingiù", il rocchetto non cade solo se il suo
peso è minore della forza centrifuga.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
IL TEMPO PIÙ BREVE
Non è detto che la strada rettilinea che congiunge due punti a
quota diversa sia anche la strada che fa impiegare meno
tempo. In questo dispositivo vi sono due sferette che partono
assieme e che percorrono due cammini molto diversi: il primo
è costituito da uno scivolo rettilineo, mentre il secondo è uno
scivolo curvilineo, molto più lungo. La sferetta che cade lungo
lo scivolo curvilineo acquista molto in fretta una velocità
elevata, poiché all’inizio essa è praticamente in caduta libera.
Questa sferetta acquista un vantaggio talmente grande,
rispetto all’altra che si muove sullo scivolo rettilineo, che
anche se alla fine dello scivolo curvilineo deve andare un po’
in salita, riesce ugualmente ad arrivare prima al traguardo. E’
evidente che la forma dello scivolo curvilineo non può essere
qualsiasi, affinché il tempo di percorrenza sia minimo tra tutti
gli scivoli curvilinei possibili. In effetti, si può dimostrare che
tale scivolo deve avere forma di cicloide. Quest’ultima è una
curva matematica ottenibile dal moto di un punto di una ruota
che rotola senza strisciare su un sostegno rettilineo.
(Vedi figura).
TROTTOLA DISPETTOSA
La causa dello strano comportamento di questa trottola a
forma di gondola va ricercata nella sua asimmetria. Infatti,
questa asimmetria fa nascere una coppia di forze, durante il
moto, capace di favorire un verso di rotazione rispetto all’altro.
Interpretando il comportamento della trottola con l'energia,
possiamo dire che la sua energia cinetica iniziale
(corrispondente alla rotazione) si trasforma gradualmente in
energia cinetica di vibrazione in un piano verticale
(corrispondente al moto di beccheggio), la quale poi torna a
trasformarsi in energia cinetica di rotazione (corrispondente al
moto nel suo verso preferito).
N.B. Per una spiegazione un po' più approfondita occorrerebbe
tenere conto di quello che in fisica si chiama "momento della
quantità di moto".
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
TROTTOLE
Una trottola che ruota ha un comportamento molto diverso da
una trottola ferma: infatti, nel primo caso la trottola può stare
in equilibrio sulla sua punta per molto tempo, mentre nel
secondo cade immediatamente. Questa proprietà dei corpi che
ruotano viene chiamata “stabilità degli assi di rotazione” ed è
una proprietà generale: ad esempio, vale per corpi enormi
come la Terra, che ruota attorno al proprio asse puntando
sempre verso la Stella Polare; ma vale anche per corpi molto
più piccoli, quali una trottola oppure le ruote di una bicicletta.
(In effetti una bicicletta sta tanto meglio in equilibrio quanto
più le sue ruote girano velocemente, cioè quanto più il ciclista
va in fretta). La stabilità dell’asse di qualsiasi corpo in
rotazione dipende dall’inerzia delle porzioni di materia che lo
costituiscono, e viene espressa con la legge di conservazione
del momento della quantità di moto. Se non vi fossero forze
perturbatrici, come ad esempio il peso proprio della trottola,
il suo asse di rotazione manterrebbe costantemente la
direzione iniziale. Ma per effetto del peso proprio della trottola
appoggiata al tavolo, il suo asse non può conservare la
direzione iniziale, bensì descrive un cono. (In fisica si dice che
una coppia di forze applicata dall’esterno a un corpo rotante
provoca un moto di precessione dell'asse del corpo.)
TROTTOLA UBRIACA
Quando questa trottola viene fatta ruotare velocemente, a un
certo momento si ribalta, pur continuando a ruotare attorno al
proprio asse. Infatti, l’attrito contro il tavolo fa sì che il suo
asse un po’ alla volta si inclini sempre più. Avrai notato che
questa trottola ha una forma particolare, altrimenti non si
comporterebbe in questo strano modo. Inoltre, la sua velocità
di rotazione iniziale deve essere sufficientemente elevata,
altrimenti non può ribaltarsi, poiché il suo baricentro nel
ribaltamento deve aumentare di quota.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
MECCANICA
IMBUTO GRAVITAZIONALE
Se una sferetta viene lanciata con velocità orizzontale elevata
all'interno di questo imbuto di forma strana, essa descrivere
una traiettoria quasi perfettamente circolare che un po' alla
volta spiralizza verso il basso, mentre la sua velocità aumenta
gradualmente.
Se la velocità iniziale è diretta un po' verso l'alto, invece di
essere orizzontale, la sferetta sale e scende entro il pozzo,
mentre la sua traiettoria, vista dall'alto alto, non è più circolare
bensì ellittica. Anche in questo caso, naturalmente, la forza
d'attrito fa sì che traiettoria si riduca di ampiezza, man mano
che la sferetta si avvicina al fondo.
La traiettoria descritta da una sferetta entro l'imbuto, quando
viene osservata dall'alto, appare come l'orbita di un pianeta
che ruota attorno al Sole.
E non solo perché questa traiettoria è circolare o ellittica, ma
anche perché la sferetta si muove con velocità orizzontale
maggiore quando è in prossimità dell'asse dell'imbuto, minore
quando ne è lontana, tutte caratteristiche che contraddistinguono pure il moto dei pianeti nella loro rotazione attorno al
Sole.
Tieni presente che in questo modello meccanico la posizione
dell'asse dell'imbuto rappresenta la posizione del Sole, vista
dall'alto. Inoltre, affinché l'analogia gravitazionale sia corretta,
occorre che il profilo dell'imbuto abbia forma iperbolica.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
TERMODINAMICA
TERMOMETRO DI GALILEO
La temperatura del liquido racchiuso entro il cilindro di vetro
può essere letta basandosi sulla targhetta appesa alla più
bassa delle sferette che galleggiano. E poiché il liquido ha la
stessa temperatura dell'ambiente, se gli si dà abbastanza
tempo per andare all'equilibrio termico con l'ambiente stesso,
questo dispositivo può essere considerato un termometro,
anche se di forma molto strana. Per comprendere il principio
di funzionamento di questo termometro, inventato da Galileo
quasi quattro secoli fa, puoi tener presente quanto segue.
a) Il liquido che riempie il cilindro ha una densità che
diminuisce molto al crescere della temperatura;
b) le sferette in basso hanno densità media più elevata delle
sferette in alto;
c) quando la temperatura del liquido è molto bassa, tutte le
sferette galleggiano perché la densità del liquido è elevata.
(Infatti, nell'acqua di mare si galleggia meglio che
nell'acqua dolce). Quando invece la temperatura è molto
alta, tutte le sferette vanno a fondo perché la densità del
liquido è troppo bassa per permettere il galleggiamento
anche di uno solo di queste;
d) quando la temperatura è intermedia, andranno a fondo solo
le sferette aventi densità media più elevata di quella del
liquido. La più bassa di quelle che galleggiano avrà una
densità media di poco inferiore a quella del liquido, quindi
potrà indicare la temperatura di quest’ultimo. (Nella
precedente spiegazione abbiamo fatto l’ipotesi che la
dilatazione termica del vetro delle sferette sia trascurabile).
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - I Giocattoli e la Scienza
TERMODINAMICA
PAPERO BEVITORE
Questo papero di vetro oscilla incessantemente avanti e
indietro, e sembra proprio che sia un moto perpetuo perché
non vediamo chi gli sta dando energia. Ma la fisica ci assicura
che il moto perpetuo non può esistere!
La testa del papero è ricoperta di feltro, imbevuto d’acqua
perché ad ogni oscillazione tuffa il becco nel bicchiere. Durante
il moto l’acqua evapora e quindi la testa si raffredda, facendo
diminuire la pressione di vapore del liquido contenuto nella
testa stessa. Ma la parte bassa del papero è a pressione più
elevata, in quanto è a temperatura ambiente: esiste quindi una
differenza di pressione che spinge gradualmente il liquido
colorato verso l’alto. Ad un certo punto il baricentro del
sistema viene a trovarsi sopra l’asse di sospensione, perciò il
papero si inclina verso il bicchiere, dando l’impressione di
bere. Il papero resterebbe in questa posizione per sempre, se
il liquido al suo interno non tornasse verso il basso. In effetti,
quando il papero è inclinato il tubetto che gli fa da collo non
pesca più nel liquido dell’ampolla inferiore, quindi il liquido
ridiscende velocemente in quest'ultima ampolla.
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - Divertiamoci sperimentando
Divertiamoci sperimentando
IL CAPPELLO DI MERLINO
Cosa fare e cosa notare
Su questo tavolo troverai un cappellino sul quale è stato
applicato un piccolo pannello fotovoltaico che alimenta un
motorino munito di ventola o una serie di Led luminosi. Se
indossi il cappellino e lo esponi alla luce solare (va bene
anche la luce di una lampada alogena), noterai che il motorino
elettrico inizierà a funzionare permettendo la rotazione della
ventolina o, nel caso dei Led, noterai l’emissione di una luce
colorata. Se durante l’esposizione alla luce provi a coprire,
anche solo con la mano, il piccolo pannello fotovoltaico,
interromperai il funzionamento del dispositivo.
Cosa accade?
Il pannello fotovoltaico, chiamato anche modulo fotovoltaico,
è un particolare tipo di pannello solare che ha la capacità di
generare corrente elettrica quando viene esposto alla luce del
Sole.
Quando il pannello fotovoltaico riceve la luce diretta del sole,
trasforma l’energia luminosa in energia elettrica che può
essere utilizzata per alimentare diverse apparecchiature.
Docenti referenti:
Sandro Campioni
Domenico Mattia
Angelo Diana
M. Cristina Petrali
Istituto Tecnico
Industriale Statale
“Volta”, Frosinone
Lo sapevi che
La teoria fisica che spiega l'effetto fotoelettrico, del quale
l'effetto fotovoltaico rappresenta una sottocategoria, fu
pubblicata nel 1905 da Albert Einstein che per questo ricevette
il premio Nobel.
Credits:
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - Divertiamoci sperimentando
ACQUA ED ENERGIA
Cosa fare e cosa notare
Assicurarsi che il livello dell’acqua sia giusto,ad altezza delle
ochette a valle. Inserire la spina alla rete per il funzionamento
del motorino che porta e riporta l’acqua a monte ed assistere
alla simulazione di produzione di corrente idroelettrica, che
accende l’illuminazione pubblica e le luci nelle abitazioni.
La spinta dell’acqua, energia idraulica, si trasforma in energia
meccanica attraverso la turbina, posizionata allo sbocco delle
condotte forzate. L’energia meccanica si trasforma, mediante
l’alternatore, in energia elettrica e, attraverso appositi
trasformatori, in energia elettrica alternata, adatta ad usi
domestici, industriali ed altro.
Docenti referenti:
Cosa accade?
La centrale idroelettrica trasforma l’energia idraulica di un
corso d’acqua in energia elettrica. In linea generale, lo schema
funzionale comprende l’opera di sbarramento, una diga che
intercetta il corso d’acqua, creando un invaso, dove è tenuto
un livello pressoché costante dell’acqua. L’acqua viene
convogliata, mediante condotte forzate, nella turbina.
Nel nostro exhibit, l’acqua si raccoglie in un laghetto a valle,
da cui, attraverso un motorino, viene riportata a monte per
continuare la simulazione.
Direttamente collegata alla turbina, è montato l’alternatore, in
grado di trasformare in energia elettrica l’energia meccanica
ricevuta dalla turbina. L’energia elettrica, così ottenuta, viene
trasformata per poi essere trasmessa a distanza, mediante
appositi trasformatori. Giunta sul luogo di impiego, prima di
essere utilizzata, l’energia passa di nuovo in un trasformatore
che la rende adatta agli usi domestici, illuminazione pubblica
(220 V) e industriali (380 V – forza motrice).
Lo sapevi che
L’energia idraulica rappresenta oggi circa un quarto
dell’energia totale prodotta al mondo. Nel 1960 la produzione
di energia idroelettrica rappresenta l’82% della produzione
totale. Nel tempo, invece, si sono rilevate oscillazioni dovute
essenzialmente alle diverse condizioni di idraulicità.
Un serio impegno nella ricerca di fonti di energie rinnovabili
potrebbe portare nel futuro a impianti idroelettrici di piccole
dimensioni, basati su tecnologie diversificate, che
sostituirebbero le grandi centrali di oggi ed eviterebbero
problemi di impatto ambientale o rischi di dissesto
idrogeologico.
36
M. Gabriella Di Pede
Marina Folcarelli
Anna Maria Porretta
III Circolo Didattico, Sora
GIOCANDO CON LA SCIENZA - Divertiamoci sperimentando
DOTTOR ELEKTRON E MISTER MAGNETIC
Cosa fare e cosa notare
L’exhibit è costituito da un magnete permanente e da una
bobina di rame collegata ad una pila, elementi essenziali per
il funzionamento di un motore elettrico.
Connetti i cavetti con “pinze a coccodrillo” ai due poli della
batteria ed avvia la rotazione della bobina di rame con una
piccola spinta.
Al passaggio della corrente elettrica la bobina di rame ruota
autonomamente. Fai attenzione alla posizione della bobina
rispetto al magnete permanente, perché se la posizione della
bobina non è centrata, se ne interrompe la rotazione.
Osserva che un estremo del filo di rame, sull’appoggio a
graffetta, è colorato per metà della sua sezione: ciò impedisce
il passaggio della corrente ogni mezzo giro della bobina,
generando una corrente “pulsata” necessaria per il movimento
della bobina.
Cosa accade?
La corrente che fluisce nella bobina genera un elettromagnete.
Una faccia della bobina diventa un polo nord, l’altra un polo
sud. Il magnete permanente attira il polo ad esso opposto e
respinge il polo simile, causando la rotazione della bobina.
Docenti referenti:
Concetta Cubellotti
Floriana Di Vito
Luciana Di Vito
Maria Stella Ferri
Gioia Panza
Scuola Media Statale
Lo sapevi che
Perché è così importante dipingere di nero la metà di un capo
del filo di rame? Supponiamo che i magneti permanenti siano
stati montati con i loro poli nord rivolti verso l’alto. Il polo
nord permanente respingerà il nord dell’elettromagnete e
attrarrà il sud. Ma il sud dell’elettromagnete, non appena si è
approssimato al polo nord permanente, dovrebbe fermarsi lì.
Ogni altra piccola spinta sul circuito non avrebbe altro
risultato che quello di farlo dondolare intorno a questa
posizione di equilibrio.
Il sottile strato di colore, distribuito col pennarello su metà
dell’estremo del filo, impedisce il passaggio della corrente
ogni mezzo giro; durante questo intervallo di tempo, il campo
magnetico dell’elettromagnete si annulla. L’inerzia mantiene in
rotazione la bobina per mezzo giro, permettendole di
“oltrepassare” lo strato isolante. Quando la corrente riprende
a fluire, le forze agenti sul circuito tornano ad essere quelle di
prima e la bobina continua a ruotare nella stessa direzione.
“Facchini”, Sora
37
GIOCANDO CON LA SCIENZA - Divertiamoci sperimentando
LA SCATOLA DELLA VITA
Cosa fare e cosa notare
Una scatola con l’apertura rivolta verso l’osservatore è
ricoperta con carta verde che simboleggia la parete cellulare.
All’interno sono collocati i principali organuli di una cellula
vegetale.
Accanto alla scatola è posizionato un pannello che fa
corrispondere ai nomi dei costituenti della cellula i colori dei
materiali usati. Grazie ad un circuito elettrico, una lampadina
si accende alla risposta esatta.
Chiedi ad un amico di appoggiare uno dei due fili liberi sul
fermacampione vicino al nome di un costituente e di portare
l’altro sul fermacampione vicino al colore che ritieni
corrispondente. Se indovini, la lampadina si accenderà.
Cosa accade?
Il modello permette di comprendere che la cellula è in realtà
tridimensionale e non a due dimensioni come si osserva al
microscopio. L’uso del circuito elettrico consente, attraverso un
gioco a quiz, di trovare la corrispondenza tra l’oggetto
rappresentato e la terminologia scientifica.
Lo sapevi che
Gli organuli non stanno sullo stesso piano, ma sono disposti
liberamente nello spazio interno della cellula. Nel modello
non è rappresentato il citoplasma che è la sostanza semifluida
che occupa l’interno di tutte le cellule.
Docenti referenti:
Concetta Cubellotti
Floriana Di Vito
Luciana Di Vito
Maria Stella Ferri
Gioia Panza
Scuola Media Statale
“Facchini”, Sora
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - Divertiamoci sperimentando
L’ACQUA... CHE FORZA!
Cosa fare e cosa notare
Sul tavolo sono presenti tre modelli di mulini idraulici realizzati
per usi diversi. In ognuno di essi l’elemento fondamentale è la
ruota azionata da una manovella, mentre in natura è azionata
dall’acqua.
Girando la manovella dello Sfibratore stracci per cartiera,i
pestelli si alzano e si abbassano alternativamente, sfibrando
gli stracci collocati nella vasca con acqua.
Azionando la manovella del Mulino per cereali, la macina
superiore mobile ruota sull’inferiore fissa, schiacciando i
chicchi introdotti nel recipiente a forma di tronco di piramide.
Azionando la manovella del Frantoio per minerali, la ruota
gira e muove i pestelli che ricadendo frantumano i minerali.
Cosa accade?
Un mulino idraulico utilizza l'energia meccanica prodotta dalla
corrente di un corso d'acqua, condotta alla ruota del mulino
tramite una canalizzazione. La forza dell’acqua che cade
dall’alto aziona la ruota che attraverso un asse mette in
funzione i diversi ingranaggi.
Lo sapevi che
L'uso del mulino ad acqua, attestato in Europa fin da tempi
molto antichi è antecedente all'utilizzo del mulino a vento. Il
suo sviluppo è avvenuto parallelamente alla fine della
schiavitù a partire dal IX secolo: l'utilizzo dell'energia idraulica
al posto di quella animale o umana permise un aumento della
produttività senza precedenti nell'antichità (l'energia prodotta
da ciascuna ruota di un mulino ad acqua può macinare 150 kg
di grano in un'ora, equivalente al lavoro di 40 schiavi). Il
mulino ad acqua, così come il mulino a vento, fu soppiantato
nel XIX secolo dall'avvento del motore a vapore e,
successivamente, dal motore elettrico.
Docenti referenti:
Concetta Cubellotti
Floriana Di Vito
Luciana Di Vito
Maria Stella Ferri
Gioia Panza
Scuola Media Statale
“Facchini”, Sora
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - Divertiamoci sperimentando
MEZZOGIORNO... DI FUOCO
Cosa fare e cosa notare
Questo strumento è formato da un tubo fissato
perpendicolarmente al piano di una scatola priva di una delle
facce minori per poter guardare all’interno di essa. Sul tubo è
fissato un goniometro con i valori di 90 e di 270 posizionati
sull’asse del tubo : il 270 verso la bocca del tubo e il 90 verso
la scatola sul fondo. Al chiodo usato per fissare il goniometro
è attaccato un filo a piombo.
Questo esperimento si fa in tre. Una persona regge lo
strumento e lo orienta verso il Sole, un’ altra osserva il disco
luminoso nella scatola indicando quando l’immagine del Sole
è un disco luminoso perfettamente circolare. A questo punto
la terza persona legge l’angolo tra lo zero del goniometro e
la cordicella del filo a piombo.
Docenti referenti:
Concetta Cubellotti
Floriana Di Vito
Cosa accade?
Quando l’immagine del Sole è un disco luminoso
perfettamente circolare, la direzione dei raggi solari coincide
con quella del tubo. L’angolo individuato corrisponde
all’altezza del Sole sull’orizzonte. L’ora in cui si legge il valore
massimo è il mezzogiorno astronomico.
Lo sapevi che
Il mezzogiorno astronomico è il punto in cui, in un dato luogo,
il Sole raggiunge la massima altezza sull’orizzonte. Non
coincide esattamente con il mezzogiorno indicato dagli
orologi, che sono regolati in base ai diversi fusi orari.
Il plinto tolemaico è uno strumento antico, descritto da
Tolomeo nel II secolo d.C., con cui si misurava ogni giorno
l’altezza del Sole sull’orizzonte a mezzogiorno solare. È
costituito da un muro verticale orientato lungo il meridiano del
luogo, sulle cui pareti è disegnato un quarto di goniometro
con lo 0 verso il lato superiore e i 90 verso il lato verticale.
Un piolo perpendicolare alla parete è posto nello spigolo
superiore che coincide col centro del goniometro e la sua
ombra indica direttamente l’altezza del Sole.
40
Luciana Di Vito
Maria Stella Ferri
Gioia Panza
Scuola Media Statale
“Facchini”, Sora
GIOCANDO CON LA SCIENZA - Divertiamoci sperimentando
PROVIAMO A FARE UN PÒ DI LUCE
Cosa fare e cosa notare
L’exhibit è costituito da una piccola ruota dotata di maniglia,
da una dinamo di bicicletta con pulsante a destra per farla
aderire alla ruota, da un fanale collegato alla dinamo mediante
un filo conduttore.
Schiaccia il pulsante posto alla destra della dinamo, fai girare
la piccola ruota mediante la maniglietta ed osserva il fanale
che si accende.
Fintanto che la ruota gira, il fanale emette luce.
Docenti referenti:
Cosa accade?
Facendo girare la ruota si produce energia meccanica che la
dinamo trasforma in energia elettrica che, per mezzo del filo
conduttore, si trasmette al fanale che si accende.
Concetta Cubellotti
Floriana Di Vito
Luciana Di Vito
Maria Stella Ferri
Lo sapevi che
La cosiddetta "dinamo" applicata alle biciclette è in realtà un
alternatore, in quanto produce corrente alternata.
Il taiwanese Hsieh Jung-Ya è deciso a mettere in pensione la
vecchia luce a dinamo per bicicletta. Al suo posto propone un
oggetto da lui inventato, e che già riscuote molti consensi. La
sua nuova “dinamo” frutta l’energia eolica tramite una piccola
ventola che, ovviamente, gira con il movimento stesso della
bici. Il bello è che la luce non si spegnerà, come avviene di
solito, quando il ciclista si ferma, bensì resterà accesa grazie
a una batteria al litio ricaricabile montata nel dispositivo.
Gioia Panza
Scuola Media Statale
“Facchini”, Sora
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GIOCANDO CON LA SCIENZA - Divertiamoci sperimentando
SPECCHIO DELLE MIE BRAME
Cosa fare e cosa notare
Sul tavolo ci sono tre specchi. Due specchi sono fissati al
piano e disposti uno di fronte l’altro, il terzo è collegato
mediante cerniere ad uno dei due fissi e può ruotare rispetto
ad esso. Un goniometro disegnato sul piano permette di
misurare l'angolo tra gli specchi.
Disponi un oggetto davanti ai due specchi angolari. Fai variare
l’angolatura ed osserva in direzione della bisettrice dell'angolo
preso in esame: a 180 gli specchi formano un'unica immagine
virtuale dell'oggetto, a 120 due immagini, a 90 tre, a 60
cinque, a 45 sette, a 30 undici,
Disponi poi l’oggetto tra i due specchi fissi posti uno di fronte
all’altro ed osserva: ora le immagini sono moltissime.
Cosa accade?
Quando metti un oggetto tra i due specchi, la sua luce
rimbalza avanti e indietro, riflettendosi da uno specchio
all'altro, prima di raggiungere i tuoi occhi. Ogni volta che la
luce si riflette su uno degli specchi, si forma un'immagine. Il
numero delle immagini dipende dall'angolo formato dagli
specchi. Riducendo l'ampiezza dell'angolo, la luce rimbalza tra
gli specchi più frequentemente e le immagini visibili sono più
numerose. Se l’angolo tra gli specchi è Ø, cioè se gli specchi
sono paralleli con le superfici speculari affacciate, si formano
infinite immagini dell'oggetto.
La relazione tra il numero delle immagini che si formano e
l'angolo a tra gli specchi è :
numero delle immagini = (360 / a)-1 .
Lo sapevi che
Gli specchi ad angolo che formano molte immagini degli
oggetti sono usati per costruire il caleidoscopio, un giocattolo
in cui puoi vedere suggestive immagini a colori.
Le lampade a specchietti sono usate per abbellire vetrine di negozi
o di bar: i molteplici fasci di luce riflessi in tutte le direzioni
moltiplicano l'effetto di alcune semplici sorgenti di luce colorata.
Nei fanalini di coda delle biciclette spesso la debole luce della
lampadina è riflessa in diverse direzioni da un sistema di
specchietti ad angolo.
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Docenti referenti:
Concetta Cubellotti
Floriana Di Vito
Luciana Di Vito
Maria Stella Ferri
Gioia Panza
Scuola Media Statale
“Facchini”, Sora
GIOCANDO CON LA SCIENZA - Giocando con i nostri sensi
Giocando con i nostri sensi
IL GUSTO
Il gusto fa parte dei cinque sensi ed è quello che ci permette
di distinguere i sapori.
I recettori del gusto sono presenti all’interno delle papille
gustative che si ritrovano disseminate principalmente sulla
lingua, ma alcune cellule recettoriali sono presenti anche a
livello di palato molle, guance ed epiglottide.
Le papille gustative impiegano qualche decimo di secondo ad
analizzare i cibi e permettono di distinguere 4 sensazioni: sulla
punta della lingua il dolce, ai lati della lingua l’acido ed il
salato e sul fondo della lingua l’amaro. Le papille gustative
sono diffusamente distribuite sulla lingua e sono di quattro
tipi: foliate, circumvallate, fungiformi e filiformi. Il numero di
papille gustative decresce nel tempo dimezzando dall’età
infantile a quella adulta.
Gusto ed olfatto sono strettamente connessi è infatti più
complesso percepire il gusto di un cibo senza poterne sentire
l’odore.
L’OLFATTO
L’olfatto è il senso che ci permette di percepire gli odori in
forma di sostanze volatili; l’organo che consente di iniziare
tale processo è il naso, situato al centro del viso è ricoperto
internamente, nella parte inferiore di mucosa respiratoria,
mentre nella porzione superiore di mucosa olfattiva.
Il naso all’interno è suddiviso in due fosse nasali e nella
regione più alta di ciascuna di esse si trova una zona, grande
come un francobollo, ricoperta di cellule sensibili agli odori, i
recettori olfattivi. Qui le particelle degli odori vengono
riconosciute e identificate. Quando si inspira l ’aria, le
particelle penetrano nel naso e vanno a colpire le cellule molto
sensibili di quella zona. Da qui portano i messaggi che vanno
al cervello attraverso il nervo olfattivo e ci fanno dire che un
odore è acre, cattivo, buono o pericoloso.
Giancarlo Cavaniglia
Maria Laura Panatta
Ilaria Ottaviano
Azienda Sanitaria Locale
di Frosinone,
ORL Ospedale Umberto I
43
GIOCANDO CON LA SCIENZA - Giocando con i nostri sensi
L’UDITO
L’udito ci permette di percepire gli stimoli sonori; la percezione
uditiva è variabile sia in relazione alla frequenza che
all’intensità dello stimolo sonoro percepito. L’apparato uditivo
non ha solo il compito di percepire i suoni ma assolve anche
ad altre importantissime funzioni quali il senso dell’equilibrio
e la percezione dello spazio che ci circonda (capire da dove
arriva un suono). Utilizziamo l’udito per riconoscere situazioni
eventualmente pericolose. L’apparato uditivo è costituito da
orecchio esterno, medio, interno e sistema uditivo centrale;
l’orecchio nel suo insieme svolge la funzione di tradurre i
suoni in impulsi elettrici che vengono trasmessi per mezzo di
fibre nervose (nervo acustico) al cervello dove vengono
analizzati ed interpretati.
IL TATTO
I diversi stimoli tattili ci mettono in contatto con il mondo
esterno attivando recettori specifici che trasformano le
informazioni tattili in segnali nervosi.
Esistono quattro principali modalità percettive:
1) sensazioni tattili che sono evocati con la stimolazione
meccanica della superficie corporea.
2) sensazioni propriocettive che sono evocate dai cambiamenti
di posizione dei muscoli e delle articolazioni.
3) sensazioni termiche distinte per il caldo e per il freddo.
4) sensazioni dolorifiche.
LA VISTA
L’occhio è la telecamera più potente al mondo! Nessuna
telecamera infatti è in grado di recepire l’immagine con un
potere di risoluzione simile al nostro organo e di collegarla in
tempo reale al nostro cervello. In questo spazio vengono
spiegati i meccanismi della visione e la necessità di preservare
il senso della vista, nonchè la risoluzione di diverse
problematiche.
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LO S PE T TAC O LO D E L L A S C I E N Z A - Le pillole Ludis
Science Show: Le pillole Ludis
L.U.D.I.S. è una società fondata dal dott. Giovanni Fares, dalla
dott.ssa Daniela Romanazzo e dalla dott.ssa Vanessa Biagiotti
e costituita da un gruppo di chimici Laureati e Dottorati presso
l’Università di Roma “Tor Vergata” che si propone come uno
straordinario mezzo per avvicinare i ragazzi delle scuole al
mondo della Chimica, attraverso la realizzazione di spettacoli
a carattere divulgativo e percorsi didattici dedicati.
L’amore per la nostra disciplina, undici anni di esperienza nella
divulgazione scientifica e una ricerca continua nel mondo della
didattica permettono a L.U.D.I.S. di proporre spettacoli e
lezioni dove la conoscenza passa attraverso la curiosità e
l’entusiasmo.
Gli incontri sono stati ideati per pubblico di ogni età e
realizzati sotto la consulenza scientifica di alcuni professori del
Dipartimento di Chimica dell’Università di Roma “Tor Vergata”.
Ogni spettacolo della durata di mezz’ora affronterà importanti
temi scientifici; le nostre pillole scientifiche forniranno agli
spettatori la possibilità di muoversi in un mondo fatto di
esperimenti e giochi scientifici; in particolare LA FORZA
DELL’ACQUA, LE REAZIONI REDOX, COM’È FATTA L’ACQUA E
LEGGERI E PESANTI sono le pillole presentate il 15 Novembre
2009 alle “Giornate della Scienza 2009” che ci aiuteranno a
capire le proprietà della materia, le straordinarie caratteristiche
dell’acqua, la diversità dei gas e molto altro. I presentatori,
ragazzi laureati in chimica, coinvolgeranno gli spettatori in
modo diretto ed informale.
LUDIS Chemboys,
Lab. Unico Didattica
Intrattenimento Scientifico,
Roma
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LO SPETTACOLO DELLA SCIENZA - Dottor Watt e la signorina lampadina
Dottor Watt e la signorina lampadina
La stanza di un ragazzo dei nostri giorni è una specie di
giungla tecnologica dove tv, stereo, computer e play station
non si spengono mai, tutte le luci stanno perennemente
accese, il caricatore del cellulare è collegato anche quando non
serve, i radiatori vanno al massimo anche quando basterebbe
tenersi un maglione e, d’estate, l’aria condizionata funziona
anche con le finestre aperte. L’elettricità, il riscaldamento e
tutte le altre fonti d’energia, ritenute erroneamente infinite ed
innocue, vengono normalmente utilizzate e sprecate senza
conoscerne né la natura e le caratteristiche, né il loro impatto
ambientale ed economico. Da qui l’esigenza di diffondere una
maggiore informazione su questi temi incominciando proprio
dai ragazzi, tenendo però in considerazione il fatto che, per
essere efficace, questa informazione dovrà essere tanto
corretta quanto semplice e piacevole.
Questo è quanto persegue da anni la compagnia Pupi e Fresedde
con il suo progetto di “teatro educato”, un teatro che diverte, che
interagisce, che comunica e che non si vergogna di voler essere,
con leggerezza ed ironia, anche educativo e didattico.
È una sera d'estate e siamo in casa della famiglia Lampa. I due
fratellini Dina e Dario, figli di un tecnico della centrale elettrica,
rimasti soli in casa, giocano e bisticciano raccontandosi storie
di paura. Poi quel pasticcione di Dario fa saltare la luce e così
restano al buio. La fantasiosa Dina pensa allora di risolvere il
problema trasformandosi nella signorina Lampadina; però,
senza elettricità, non può far altro che restare spenta e ciò le
fa venire una crisi nervosa. Ci vorrebbe un dottore, ma i vari
dottori Franklin, Volta ed Edison sono tutti in ferie. Dario allora
cerca di tranquillizzare la sorella stressata evocando due
improbabili e buffi dottori: il cinese Agostincuk con la sua
agopuntura e la francese Fiorella de Floris con i suoi rimedi
omeopatici. Un vero disastro. Poi, dopo aver tentato di
costruire una piccola centrale elettrica nel bagno, provocando
l'ennesimo cortocircuito, Dario si risveglia trasformato
nell'africano dottor Watt e in queste vesti è finalmente in
grado di dare alla sorellina sprecona una serie di consigli utili
per risparmiare energia e guarire dall'esaurimento. Ritorna la
luce. Ma Dario la terrà ancora un po' spenta per continuare a
terrorizzare la sorellina con le sue storie di buio e di paura.
Così, tra racconti fantastici e richiami scientifici (la centrale
elettrica, la dinamo della biciclettina, la storia di Prometeo e
del fuoco, l'ambra, il motore a vapore, l'energia solare, il buco
dell'ozono, i fulmini, i pannelli solari e le eliche eoliche, le
lampade a basso consumo ed altro ancora) la serata in casa
Lampa si è trasformata in una piacevole scorribanda didattica
per saperne qualcosa di più sulla natura e i misteri
dell’elettricità e per imparare come risparmiare energia e soldi.
46
testo di
Andrea Bruno Savelli
regia di
Angelo Savelli
elementi scenici di
Mirco Rocchi
con
Valentina Bruscoli
e Giacomo Bogani
LO SPETTACOLO DELLA SCIENZA - La matematica in cucina
La matematica in cucina
Lo spettacolo “La matematica in cucina” altro non è che un
cabaret matematico-culinario! Come dire: Pitagora sul palco di
Zelig.
Un’opera curiosa dove la matematica si diverte ad apparire
dove meno ci si aspetterebbe di trovarla: nella cucina di casa
nostra. Perché, a guardar bene, anche in questo regno dei
profumi e dei sapori, dietro al getto d’acqua del rubinetto o
ad una patata da sbucciare, possono emergere insospettate
alchimie matematiche, a volte tutt’altro che elementari.
L'importante è sapersi porre delle domande. Così, durante la
preparazione di un’insalata e di un piatto di spaghetti, ci si
può chiedere: perché le salsicce cuociono più in fretta
dell'arrosto? Qual è la forma migliore per un boiler? Perché il
getto d'acqua che esce dal rubinetto si restringe scendendo
verso il basso? Ogni oggetto può diventare lo spunto per una
scoperta matematica calata nella realtà, sfatando la leggenda
di una disciplina evitata da molti perché troppo astratta.
In una cucina così piena di sorprese, non stupirà che la
trattazione della materia scientifica venga affidata non a degli
esimi professori ma ad una scalcagnata coppia di comici da
avanspettacolo: l’imbranato letterato Pinotto, che si ritiene un
principe dei fornelli, e l’aitante ma petulante matematico
Gianni, costretti dalla loro condizione di scapoli a condividere
due camere con cucina nei pressi dell’Università; ruoli qui
sostenuti da un affermato cabarettista come Andrea Muzzi,
spalleggiato da un brillante Andrea Bruno Savelli.
Tratto dall’omonimo libro di Enrico Giusti - professore di Storia
delle Matematiche e direttore del Museo per la Matematica di
Firenze - e trasformato in spettacolo da Angelo Savelli – regista
da diversi anni interessato ai rapporti tra Scienza e Teatro - “La
matematica in cucina”, tutto ambientato tra pentole e fornelli,
apriscatole e caffettiere, si propone come una gustosa ricetta
scientifico/culinaria per tutti quelli che la matematica hanno
sempre stentato a digerirla.
dall’omonimo libro di
Enrico Giusti
riduzione e regia di
Angelo Savelli
elementi scenici di
Mirco Rocchi
con
Andrea Bruno Savelli
e Andrea Muzzi
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CORSI DI FORMAZIONE
PERCORSO FORMATIVO PER DOCENTI,
12 ore
Dall’esperienza all’esperimento strumenti informali e formali per la
didattica sperimentale delle scienze
PARTECIPANTI:
30 docenti delle scuole secondarie di II grado partner del
progetto
OBIETTIVI
- ampliare l’orizzonte conoscitivo sulle modalità ludiche
dell’apprendimento delle scienze e sulla possibile
integrazione formale-informale nella didattica sperimentale
delle scienze
- consolidare ed arricchire le competenze disciplinari con
particolare riferimento all’attività sperimentale realizzabile
con materiale di facile reperibilità e costo contenuto
- approfondire le acquisizioni possedute sulle strumentazioni
laboratoriali
- rafforzare le conoscenze in materia di metrologia e di analisi
quantitativa
CONTENUTI
• I giocattoli come strumenti della didattica informale
- ForMATH Project, Bologna
• Un laboratorio didattico con materiale di facile reperibilità
- Associazione ScienzaViva, Calitri (AV)
• Dall’esperienza all’esperimento: attività didattiche con
strumentazione laboratoriale - ARPA, Agenzia Regionale per
la Protezione Ambientale del Lazio, Sezione Provinciale di
Frosinone
• Dall’analisi qualitativa all’analisi quantitativa: concetti
fondamentali di metrologia - Università di Cassino,
Facoltà di Ingegneria
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CORSI DI FORMAZIONE
PERCORSO FORMATIVO PER STUDENTI,
16 ore
Corso breve per explainer di mostre
scientifiche interattive
PARTECIPANTI:
140 studenti delle scuole secondarie di II grado partner del
progetto
OBIETTIVI
- approfondire le leggi fondamentali della Fisica attraverso
esperienze dirette dei fenomeni (hands-on)
- migliorare la capacità di esporre in modo chiaro i concetti
studiati (explainer)
- migliorare la capacità di relazionarsi con gli altri
CONTENUTI
- approfondimenti di ottica, meccanica, elettromagnetismo,
acustica, fluidodinamica e percezione sensoriale
- simulazioni di gestione di gruppi in visita ed analisi di
casi-studio
- gestione dei gruppi in visita alla Mostra
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