Giocando con i nostri sensi
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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 4 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 5 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 6 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 7 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. 8 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. 10 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. 11 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. 12 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. 13 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). 14 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. 15 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!! 16 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). 17 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. 18 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. 19 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. 20 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. 21 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. 22 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. 23 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. 24 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. 25 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. 26 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. 27 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. 28 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. 29 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". 30 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. 31 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. 32 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). 33 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. 34 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: 35 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 38 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 39 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 41 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. 42 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. 44 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 45 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 47 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 46 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 49
