Laboratorio Tempo
Responsabili scientifici: Franco Ghione, Mauro Casalboni, Giovanni Casini
Gruppo di lavoro dell’Istituto.
Piano lauree
scientifiche
2010-2012
Dal Progetto (2004) al Piano
Il
Piano Lauree Scientifiche
per il biennio 2010/2012 persegue
l’obiettivo di migliorare la conoscenza e la
percezione delle discipline scientifiche
nella scuola secondaria
Idee portanti del piano
• Finalità di orientamento per gli studenti degli
ultimi anni della scuola secondaria
• Conoscenza di temi, problemi e procedimenti
caratteristici dei saperi scientifici
• Opportunità di autovalutarsi, verificare e
consolidare le proprie conoscenze
I Laboratori
• Laboratori di approccio alle discipline
scientifiche
• Privilegiare i fenomeni collegati con
l’esperienza quotidiana
Attività laboratoriale
• L’attività svolta in laboratorio dagli studenti si
propone di addestrare:
• a raccogliere dati sui fenomeni osservati ed ad
organizzarli opportunamente
• all’uso di strumenti
• coniugare l’attività manuale,
l’osservazione,l’attività deduttiva
Organizzazione dei laboratori
Operativamente i laboratori, che si
possono svolgere in varie sedi,
prevedono una serie di incontri,con
presenza ed interventi degli
insegnanti, per un totale di lavoro di
16/20 ore, con gruppi di circa 15
studenti
Tipologie dei laboratori
• Laboratori che si avvicinano alle discipline
privilegiando l’esperienza di fenomeni e di
problemi significativi
• Laboratori di autovalutazione per il
miglioramento della preparazione richiesta dai
corsi di laurea scientifici
• Laboratori di approfondimento
L’orologio ad acqua
• Il tema del tempo è particolarmente ricco di
aspetti, anche coinvolgenti più discipline
• La proposta didattica che viene presentata
nasce da diverse considerazioni:
• È utile nella didattica ispirarsi alla storia della
scienza
• La scienza ellenistica è una notevolissima
fonte di idee semplici, profonde ed in molti
casi rivoluzionarie
• Lo sviluppo della scienza implica
parallelamente:
• la creazione di modelli matematici
• La costruzione di strumenti di misura
La misura del tempo
• In base all’esperienza ognuno di noi riesce a dare
una definizione di orologio ed è accettata l’idea
che con esso si possano misurare degli intervalli
di tempo. Decisamente più problematica appare
l’impresa di definire il tempo. Scrive Percy
Bridgman ( premio Nobel per la fisica nel 1946):
• “Secondo il nostro punto di vista, il concetto di
tempo è determinato dalle operazioni con cui
misuriamo il tempo stesso.”
• Possiamo apprezzare con semplici esperienze
intervalli di tempo brevi, per esempio il tempo in
cui si consuma una candela
• Quindi pur non sapendo cosa è il tempo,
riusciamo a individuare i parametri dai quali
dipende la velocità di un fenomeno, possiamo
cercare di controllarli affinché il fenomeno sia
costante nel tempo
• Anche il concetto di “fermo” o di “fisso” contiene
il tempo
• È evidente che disponendo di candele che
abbiano con accettabile precisione la stessa
base, identica composizione ed identica
velocità di combustione, si può collegare il
consumo della candela ad intervalli di tempo.
• Consideriamo il seguente problema.
• Disponiamo di due stoppini da miccia di identica
lunghezza. Il fabbricante garantisce con
precisione assoluta che la durata della
combustione di ogni singolo stoppino è di 3
minuti esatti, ma non garantisce che la
combustione avvenga con velocità assolutamente
costante,la fiamma in alcune parti dello stoppino
può procedere più lentamente in altre più
velocemente.
• Come posso misurare esattamente un tempo
di 270 secondi osservando la combustione
degli stoppini?
• Perché non è corretto dividere uno stoppino a
metà e bruciare uno stoppino sano e la metà
dell’altro?
• Provate a risolvere il problema.
Posso usare, per misurare intervalli di
tempo, un recipiente pieno d’acqua
che si svuota?
• In un recipiente di dimensioni finite il livello
dell’acqua calerà man mano che il
recipiente si svuota.
• Cerchiamo di mettere in relazione, in via
sperimentale, il tempo di svuotamento di
un recipiente colmo d’acqua con l’altezza
dell’acqua
• In particolare l’intervallo di tempo in cui si
svuota la metà superiore del recipiente è
uguale a quello in cui si svuota la metà
inferiore ?
• E se l’altezza la dividiamo in 4 parti uguali
come andranno le cose?
• Come varierà la velocità di efflusso dell’acqua?
La misura
• Una grandezza fisica è una caratteristica
misurabile che è espressa da un numero e da
un’unità di misura.
• Misurare significa confrontare (direttamente o
indirettamente) una grandezza fisica con
un’unità di misura opportunamente scelta .
• Un intervallo di tempo può essere usato per
indicare la durata di un fenomeno e si può
misurare per esempio contando quante volte
la durata di un fenomeno periodico è
contenuta nella durata del fenomeno da
misurare.
• Un qualunque fenomeno che si ripete
periodicamente può quindi fornire un’unità di
misura degli intervalli di tempo.
• Un dispositivo formato da un filo inestensibile
ad un'estremità del quale sia fissata una
massa scelta in modo che rispetto ad essa la
massa del filo sia trascurabile, mentre l’altra
estremità è fissata in un punto O è un pendolo
semplice. Se la massa è esattamente sotto il
punto O il pendolo è in equilibrio stabile. Se il
pendolo è allontanato da questa posizione e
lasciato libero oscilla intorno alla posizione di
equilibrio.
• Verifichiamo con una semplice esperienza di
laboratorio la durata del periodo del pendolo
avendo cura di far compier al pendolo piccole
oscillazioni. Possiamo considerare
un’oscillazione piccola quando per l’angolo α
tra la verticale ed il filo nella posizione in cui
la massa raggiunge l’altezza massima sia α<<
1 rad (in pratica l’angolo α in gradi deve
essere non superiore a circa 5° o 6°) .
Piccole oscillazioni
• piccole oscillazioni.ggb
Ancora sulle piccole oscillazioni
• piccole oscillazioni 2.ggb
• Sarà proprio con queste modalitàche
imposteremo il lavoro di calcolo e di
progettazione di un orologio ad acqua. Il
nostro lavoro accanto a fasi di studio delle
leggi fisiche che presiedono al funzionamento
dell’orologio prevede un’attività sperimentale
sia dedicata a verificare la bontà dei calcoli, sia
dedicata alla costruzione materiale
dell’orologio
Schema dell’orologio