I giocattoli nella fisica - Laboratorio non standard di fisica Scienza in Gioco Sett 2016 - Liceo Tosi
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
I giocattoli
nella fisica
Laboratorio non standard di fisica
Scienza in Gioco
1
20-22-27 Sett 2016
La scatola dei giocattoli
Scienza in Gioco
2
20-22-27 Sett 2016
Perché i giocattoli?
Il giocattolo fa parte del mondo quotidiano,
interessa, stimola, incuriosisce= valenza
motivazionale importante per aiutare nel
processo di apprendimento.
Lo si può proporre come problema per avviare
uno studio o come esempio di applicazione di
leggi note.
Obiettivo: migliorare la didattica della fisica.
Scienza in Gioco
3
20-22-27 Sett 2016
Il giocattolo è per definizione alla portata di
tutti, ma lo sappiamo spiegare?
Il laboratorio dei giocattoli è una occasione per
realizzare attività di basso costo ma
culturalmente ricchissime.
Scienza in Gioco
20-22-27 Sett 2016 4
Il fatto di non essere completamente originale
nella didattica della fisica non è certo un
grosso demerito poiché spesso un buon
insegnante può essere considerato tale anche
solo se sa scegliere tra le varie proposte, e se
ha ben chiaro dove vuole arrivare col suo
insegnamento.
Scienza in Gioco
5
20-22-27 Sett 2016
Cos’è un giocattolo?
Qualsiasi cosa o dispositivo
che piace esteticamente,
che fa divertire,
che mostra un comportamento paradossale,
che quasi sempre è di provenienza esterna al
mondo ufficiale della fisica.
Scienza in Gioco
6
20-22-27 Sett 2016
Didattica legata agli oggetti
della vita reale
In molti trattati, articoli e progetti moderni per
l’insegnamento della fisica si legge che è
opportuno interessarsi non solo degli oggetti o
degli apparati reperibili in lab bensì anche
degli oggetti del mondo che ci circonda.
Scienza in Gioco
7
20-22-27 Sett 2016
Tecnica del
problem-solving applied
ricerca-azione Marisa Michelini Università di Udine Didattica della Fisica
http://www.fisica.uniud.it/URDF/
Approccio iniziale informale e ludico (stimola intelligenza
emotiva migliorando la motivazione allo studio).
Presentazione gradualmente più problematica.
Didattica per competenze: occorre riflettere, pensare, acquisire
consapevolezza delle azioni (learning by doing ma che diventa
learning by thinking)
Hands on: abilità di tipo manuali.
Peer to peer education.
Scienza in Gioco
8
20-22-27 Sett 2016
Implementare l’insegnamento
della fisica con i giocattoli: perché?
Per motivare i ragazzi.
Per stimolare il loro spirito di osservazione.
Per avvicinare gli studenti al mondo esterno.
Per combattere l’insegnamento solo formale e
astratto della fisica.
Per creare «episodi specifici» in modo che la
memoria a lungo termine ne risulta favorita.
Per far acquisire abilità manuali.
…gli stessi ragazzi troveranno altri giocattoli…
Scienza in Gioco
9
20-22-27 Sett 2016
Obiezioni
Alcuni affermano che il giocare è l’antitesi del
fare scienza…
Non tutti i giochi possono essere smontati… se
non rompendoli.
Scienza in Gioco
10
20-22-27 Sett 2016Dove acquistarli?
-La città del Sole
-Musei scientifici
-Supermercati, tabaccherie, cartolerie
-https://www.teachersource.com/
Siti con video:
www.fisicainvideo.it/
http://www.divertiscienza.it/
Scienza in Gioco
11
20-22-27 Sett 2016data argomento giocattoli
Libellula
21 gennaio 2014 Equilibrio meccanico Asinello acrobata
Bambolina sempre in piedi
Doppio cono
Clessidra con liquido
28 gennaio 2014 Fluidi Vortice
Fontana di Erone
Phon e pallina
4 febbraio 2014 Trasformazioni dell’energia Barattolo che torna indietro
Dog car
Farfallina con elastico
Pull back car
Dropper popper
Wooden car
Lovemeter
11 febbraio 2014 Calore e temperatura Papero bevitore
Barchetta a vapore
Becker magico
Moneta di Tolomeo
Specchio cilindrico
Ottica Uccellino in gabbia
Caledeiscopio
Scienza in Gioco Miraggio
12
20-22-27 Sett 2016SETTIMANA DELLA SCIENZA
Scienza in piazza
Palazzo Minoletti, piazza Garibaldi, Gallarate
Mostre interattive ed exhibit a cura degli studenti
della Rete di scuole cittadine
Sabato 15 marzo 2014 ore 9.00-12.30
Domenica 16 marzo 2014 ore 10.00-12.30, 14.30-18.00
Domenica 23marzo 2014 ore 10.00-12.30, 14.30-18.00
Scienza in Gioco
13
20-22-27 Sett 2016GIOCHI DI EQUILIBRIO
IL BARICENTRO E L’ EQUILIBRIO
IL BARICENTRO E IL PUNTO D’APPOGGIO
Scienza in Gioco
14
20-22-27 Sett 2016Scopriamo alcuni giochi
di equilibrio
• http://www.youtube.com/watch?v=zMFeTIT2NyA
• http://www.youtube.com/watch?v=V8Zwp-70vmA&feature=endscreen&NR=1
• http://www.youtube.com/watch?v=s2Pz8372MWs&feature=endscreen
Scienza in Gioco
15
20-22-27 Sett 2016FUNAMBOLO
Scienza in Gioco
16
20-22-27 Sett 2016Libellula
Scienza in Gioco
17
20-22-27 Sett 2016LIBELLULA
Scienza in Gioco
18
20-22-27 Sett 2016Perché la libellula sta in
equilibrio?
Basta fare in modo che il
baricentro si trovi sotto al
punto di appoggio
Questo si ottiene
zavorrando la testa e
inclinando opportunamente
le ali
oppure
zavorrando e inclinando
opportunamente le ali
Scienza in Gioco
19
20-22-27 Sett 2016L’asinello acrobata
Scienza in Gioco
20
20-22-27 Sett 2016La fisica dell’asinello:
dove cade il baricentro?
Normalmente l’asinello ha bisogno di stare sulle quattro
zampe per rimanere in equilibrio, ma, se si appende il dado
all’estremità del fil di ferro in modo che penda al di sotto
dell’asinello, come in figura, esso rimarrà in equilibrio sulle
sole zampe posteriori.
Quando l’asinello sta su un piano appoggiandosi sulle
quattro zampe, il piano gli applica una forza diretta verso
l’alto che lo mantiene in equilibrio, questo succede perché la
linea verticale per il baricentro passa all’interno dei quattro
punti di appoggio delle zampe.
Appendendo il dado pesante all’estremità del fil di ferro, il
peso del dado ha l’effetto di spostare il baricentro
complessivo sotto i punti di appoggio: l’asinello può ora
rimanere in equilibrio sulle sole zampe posteriori attorno a
questa posizione di equilibrio, l’asinello può oscillare con un
moto periodico regolare.
Scienza in Gioco
21
20-22-27 Sett 2016La fisica dell’asinello
Il dado pesante fa sì che alla forza di gravità FTa che attira
l’asinello verso il basso si sommi la forza di gravità FTd del
dado.
Le forze di reazione dei punti di appoggio, che agiscono
sulle due zampe posteriori dell'asinello, Fpz, danno una
risultante che non solo è uguale e contraria alla somma
FTd + FTa, ma sta anche sulla stessa verticale.
Scienza in Gioco
22
20-22-27 Sett 2016DOPPIO CONO
Scienza in Gioco
23
20-22-27 Sett 2016Rotolando verso….l’alto
Devi seguire il moto del ……
Quello che vedi va contro le leggi della fisica?
Perché?
Scienza in Gioco
24
20-22-27 Sett 2016Anche 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 scende. 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.
Scienza in Gioco
25
20-22-27 Sett 2016Bambolina sempre in piedi
Scienza in Gioco
26
20-22-27 Sett 2016La fisica della bambolina:
dove cade il baricentro?
In condizioni di equilibrio stabile la forza-
peso è diretta lungo la verticale che passa
per il punto di sostegno. Il punto di
applicazione ideale della forza peso
(baricentro b) sta su questa retta.
Spostato dalla posizione di equilibrio,
l'oggetto oscilla intorno a quella
posizione, perché si crea un momento di
richiamo che tende a riportarlo alla
posizione di equilibrio, riallineando il
punto di appoggio e il baricentro sulla
stessa retta verticale.
Scienza in Gioco
27
20-22-27 Sett 2016Come possiamo determinare il baricentro?
( uso di un modello iconico)
Costruiamo una sagoma in cartone che
riproduca le dimensioni della bambolina,
aggiungendo in basso un po’ di plastilina per
simulare la zavorra, questo è il nostro modello.
Fissiamo un pezzetto di spago sulla "testa" della
sagoma in posizione non centrale.
Lasciamo pendere la sagoma tenendola per lo
spago , la sagoma si disporrà in modo
leggermente inclinato.
Tracciamo, su una delle due facce, la verticale
che passa per il punto di sostegno.
Ripetiamo l'operazione con lo spago fissato in
posizione simmetrica alla precedente dall'altra
parte del centro.
Raddrizziamo la bambolina: il baricentro si
troverà in corrispondenza dell'incrocio delle due
rette.
Scienza in Gioco
28
20-22-27 Sett 2016ANTI – TROTTOLA
Scienza in Gioco
29
20-22-27 Sett 2016la forza di attrito col tavolo è tangente al tavolo e
genera un momento rispetto al centro di massa
che fa inclinare l’asse della trottola fino a ribaltarla
M è il momento della forza di attrito
L è il momento angolare della
trottola
Il vettore variazione di L ha la stessa
direzione di M quindi M tende a far
inclinare sempre più in basso il
vettore L.
Scienza in Gioco
30
20-22-27 Sett 2016Dal punto di vista energetico:
Il centro di massa sale anziché scendere…
sembra un paradosso energetico che va spiegato
considerando che ciò avviene a spese
dell’energia cinetica di rotazione della trottola.
Scienza in Gioco
31
20-22-27 Sett 2016OSTINATO
Scienza in Gioco
32
20-22-27 Sett 2016Perché ruota in un solo verso?
I nostri nonni lo facevano utilizzando un fuso per filare ormai logoro e tagliato a metà poi, da una parte ci
mettevano un chiodo di quelli che i contadini usavano nei loro zoccoli in legno.
Sulla carta vetrata oppure su di una superfice molto rugosa non funziona. A voi provarlo, ad esempio, sul
ghiaccio dove l'attrito è quasi inesistente.
La trottola appoggiata sul tavolo costituisce un sistema non isolato e dunque non si conserva la quantità di
moto.
La forma è asimmetrica fa si che la forza peso e la reazione al piano non siano esattamente sulla stessa verticale
durante il moto ma formano una coppia che tende a favorire la rotazione della trottola in un dato verso a
scapito dell’altro.
Scienza in Gioco
33
20-22-27 Sett 2016GIROSCOPIO
Scienza in Gioco
34
20-22-27 Sett 2016Giochiamo trasformando l’energia https://www.teachersource.com/
Il bottone sempre in moto ovvero:
Firla Furla
(come dicevano i nostri nonni)Cosa fare : • fare un cappio fatto con un cordoncino sottile, lungo circa 1m, infilato attraverso due buchi di un bottone pesante; • tenere con le mani il cappio con il bottone appeso al centro, senza tenderlo; • applicare una rapida rotazione per attorcigliare il cordoncino, poi tenderlo, come mostrato in figura… • COSA OSSERVI? • COSA DEVI FARE PER MANTENERE IN MOTO IL BOTTONE?
La fisica : • Che tipi di energia osservi? • la forma iniziale è…… quella finale è….., • i passaggi sono……. e dove viene immagazzinata?
Il barattolo in movimento Appoggiate il barattolo adagiato sulla superficie laterale Fate rotolare il barattolo allontanandolo da voi e … osservate Che moto compie il barattolo?
Barattolo torna indietro
Cosa fare : fare due buchi al centro sia della base sia del coperchio rimovibile del barattolo. far passare l’elastico attraverso il dado e poi attraverso i buchi della base e del coperchio, unendo le due estremità in modo da formare un cappio con il dado appeso a metà della corda, come mostrato in figura; mettere in moto il barattolo provando a farlo rotolare lentamente su un piano liscio. COSA OSSERVI?
La fisica : Che tipi di energia osservi? la forma iniziale è…… quella finale è….., i passaggi sono……. e quando si immagazzina? Energia muscolare / energia di movimento rotatorio del barattolo / energia elastica / energia di movimento rotatorio del barattolo.
Pull-Back Car
Wooden car
Cosa fare : Appoggiare la macchinina a terra Tirarla indietro Rilasciare
Domande :
Riepiloga i tipi di energia in gioco.
Il tipo di pavimento utilizzato incide sul moto della
macchinina?
Come incide il numero di giri delle ruote posteriori
rispetto alla distanza percorsa?
Se si aggiungono dei bulloni alla macchina, come varia
la distanza percorsa?
Se aumento il numero di elastici, come influiscono sulla
distanza percorsa dalla macchinina?Dog car
Cosa fare :
tagliare a metà il cartoccio, nel senso della lunghezza
ricavare dal turacciolo 4 fette
infilare i due stecchi attraverso il cartoccio
attaccare a questi, dall'esterno, le "ruote".
fissare all'asse posteriore un estremo dell'elastico e fissare l'altro
estremo, a forma di anello, al lato anteriore del carretto, come
mostrato nella figura.
riempire infine il carretto di oggetti pesanti, in modo da avere un
buon contatto con il piano di appoggio.
avvolgere quindi l'elastico sull'asse posteriore, in modo da
metterlo in tensione, girando le ruote posteriori oppure
trascinandolo sul piano e facendo contemporaneamente
pressione con la mano.
Lasciare andare……La fisica : energia iniziale e quella finale da dove proviene o dove va?
Dropper Popper https://www.youtube.com/watch?v=D3Vn36YmNik
Butterfly https://www.teachersource.com/product/flying-butterfly/physics
Picchio Perché questo strano moto? Ragioniamo ancora in termini di energia…. Quali energie sono in gioco?
PERCHE’?
Dal punto di vista energetico:
E pot. grav si trasforma in E cinetica e in E elastica della molla.
Se anello orizzontale allora scende e forza attrito è 0
Se anello non orizzontale allora non scende e la forza attrito è
diversa da 0
Scienza in Gioco
53
20-22-27 Sett 2016Giochiamo anche….
…..con altre forme di
energia……Super solar car
Scienza in Gioco
56
20-22-27 Sett 2016Auto ad acqua
Scienza in Gioco
57
20-22-27 Sett 2016Puoi anche leggere
