Le Giornate della Scienza
II edizione
12 | 21 Novembre 2008
Villa Comunale di Frosinone
Le Giornate della Scienza, II edizione
Comitato Organizzatore
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Maurizio Turriziani_Centro Ricerca Formazione Frosinone, Comune di Frosinone
Antonio Maffucci_Università degli studi di Cassino, Facoltà di Ingegneria
Patrizia Campagna_Ufficio Scolastico Provinciale di Frosinone
Canio Lelio Toglia_Associazione ScienzaViva, Calitri (AV)
Patrocinio
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Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, Legge 6/2000
Regione Lazio
Provincia di Frosinone
Comune di Frosinone
Collaboratori
• Istituto di Istruzione Superiore “A. M. Maffucci”, Calitri (AV)
Gerardo Vespucci (Dirigente), Pietro Cerreta, Maria Rosaria Di Napoli
• Istituto di Istruzione Superiore “Lolli Ghetti”, Ferentino (FR)
Bianca Maria Valeri (Dirigente), Patrizia Pompeo (referente)
• Istituto di Istruzione Superiore “M. Filetico”, Liceo Scientifico di Ceccano (FR)
Cleandra De Camillo (Dirigente), Graziella Bartolini (referente)
• Istituto Magistrale Statale“M. T. Varrone”, Cassino (FR)
Filomena Rossi (Dirigente), Mario Del Greco (referente)
• Istituto Professionale Industria e Artigianato “G. Galilei”, Frosinone
Giovanni Carlini (Dirigente), Stefania Porreca (referente)
• Istituto Statale d’Arte, Anagni
Patrizia Bottari (Dirigente), Laura De Polis (referente)
• Istituto Tecnico Commerciale di Ceccano, sede di Ceprano (FR)
Concetta Senese (Dirigente), Elvira Cialone (referente)
• Istituto Tecnico Industriale “A. Volta”, Frosinone
Anna Maria Del Greco (Dirigente), Maria Rosaria Pelletti (referente)
• Istituto Tecnico Industriale “R. Reggio”, Isola del Liri (FR)
Clelia Giona (Dirigente), Giulio Zinzi (referente)
• Liceo Scientifico “F. Severi”, Frosinone
Adriana Anelli (Dirigente), Guido Dell’Uomo (referente)
Segreteria Generale
• Roberta Vinciguerra_Università di Cassino, Polo Didattico di Frosinone
Segreteria Amministrativa
• Gianluca Pisano_DAEIMI, Dipartimento di Automazione, Elettromagnetismo,
Ingegneria dell’Informazione e Matematica Industriale, Università di Cassino
Web
www.ing.unicas.it/gds/gds.htm
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P R E S E N TA Z I O N E
Benvenuti a “Le Giornate della Scienza”!
La manifestazione è il frutto dalla collaborazione, nata lo scorso anno per la sua I edizione, tra il Comune
di Frosinone, l’Università di Cassino e l’Ufficio Scolastico Provinciale di Frosinone, ed ha il preciso
obiettivo di avvicinare la scienza a tutti (studenti, docenti e gente comune), offrendo un insieme di
proposte in cui tutti possano trovare stimoli e spunti di riflessione sulla realtà in cui vive.
“Le Giornate della Scienza” ospitano questo anno la Mostra Scientifica Interattiva “Le Ruote Quadrate”,
curata dall’Associazione no-profit ScienzaViva, allestita da molti anni in tutta Italia in occasione delle
principali manifestazioni di divulgazione scientifica. La Mostra è una collezione di exhibit scientifici
interattivi, cioè di apparecchiature che consentono a tutti, indipendentemente dalle proprie competenze
scientifiche o abilità manuali, di sperimentare direttamente con i propri sensi alcuni fenomeni fisici alla
base di tante applicazioni tecnologiche quotidiane. La Mostra segue la moderna filosofia espositiva degli
Science-Center di tutto il mondo, basata sulla percezione diretta (hands-on) e sulla capacità di stimolare
la curiosità attraverso la forte valenza ludica delle esperienze che si fanno.
A rendere unico questo evento è il particolare ruolo riservato alla comunità scolastica della Provincia,
che ha visto coinvolti direttamente, sia nella fase preparatoria che nella gestione della Mostra,
studenti delle scuole del territorio, docenti di discipline scientifiche e studenti universitari, in un
ampio ed articolato progetto di formazione.
Circa 120 studenti di nove Scuole secondarie di II grado della Provincia hanno accettato di
partecipare al progetto, con l’impegno di svolgere il ruolo di “explainer”, cioè animatori delle visite
guidate riservate alle scolaresche, dopo avere acquisito le necessarie competenze frequentando un
corso di formazione basato sulla “comunicazione tra pari”, tenuto dagli studenti dell’Istituto
d’Istruzione Superiore “A. M. Maffucci” di Calitri (AV), cittadina sede di ScienzaViva e della Mostra.
L’attività di formazione ha coinvolto anche un gruppo di circa venti docenti delle Scuole partner, in
un percorso di approfondimento dedicato alla didattica informale ed interattiva. Infine, per un
gruppo di dieci studenti della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Cassino (Polo di Frosinone), la
Mostra è sede laboratoriale per approfondire le competenze di Fisica.
Con tali presupposti, crediamo si possa realizzare un importante obiettivo pedagogico: consentire che la
divulgazione scientifica nei confronti delle migliaia di studenti delle Scuole della Provincia che saranno ospiti
della Mostra avvenga, oltre che attraverso la loro esperienza diretta, anche attraverso una reale
comunicazione tra pari, capace di stimolarli e renderli consapevoli di alcuni fenomeni della realtà circostante.
Il programma si completa con due conferenze tematiche con le quali vogliamo offrire ai partecipanti
momenti di formazione e di informazione su due argomenti di grandissimo impatto sulla nostra vita
quotidiana: la gestione dei rifiuti e la sicurezza stradale.
La prima conferenza “Riduzione e riciclaggio dei rifiuti: esperienze territoriali” si inquadra nell’ambito
delle iniziative UNESCO per la “Settimana dell’Educazione allo Sviluppo Sostenibile” ed intende
presentare alcune delle più significative esperienze promosse sul nostro territorio da enti pubblici e privati.
La conferenza “Ricerca e soluzioni tecnologiche per la sicurezza stradale” ha invece come obiettivo
l’analisi del contributo offerto dalla ricerca scientifica e tecnologica per la sicurezza stradale,
presentando una serie di casi concreti sperimentati sul campo.
La chiusura delle Giornate della Scienza è affidata al Conservatorio di Musica “L. Refice” di Frosinone
e alle sue sonore creature.
A nome del Comitato Organizzatore ci auguriamo che gli eventi di questa manifestazione possano
rinnovare in tutti l’interesse e la passione per la scienza…
Antonio Maffucci_Università degli Studi di Cassino, Facoltà di Ingegneria
Patrizia Campagna_Ufficio Scolastico Provinciale di Frosinone
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SALUTI
La vera ricchezza dell’Uomo è la conoscenza, grazie alla quale tutte le cose e i fenomeni che si verificano
continuamente attorno a noi assumono un significato utile al progresso di ogni singolo individuo.
Il CRFF (Centro di Ricerca e Formazione Frosinone) nasce nella nostra città con la determinazione
di essere parte attiva di un processo culturale continuo, attraverso la ricerca scientifica e la formazione.
L’Istituto è articolato in macroaree di interesse: Scienze Ambientali, Scienze Mediche, Scienze Fisiche
e Ingegneristiche, Scienze Umanistiche e Scienze Economiche.
Esso si propone di impegnarsi nella promozione di progetti di ricerca nei diversi ambiti scientifici,
cooperando con realtà culturali e scientifiche (Università e Centri di Ricerca) del territorio Nazionale
e Europeo e nella formazione continua per la qualificazione nelle varie discipline.
Il CRFF è patrimonio della città di Frosinone e motivo di orgoglio per tutti i cittadini, ai quali mi
sento di chiedere condivisione e affetto per un Istituto appena nato, che intende impegnarsi nello
studio, nella ricerca e nella formazione nel vasto campo della Scienza.
Un ringraziamento doveroso all’attuale Amministrazione Comunale, al Sindaco Michele Marini e a
tutto il Consiglio Comunale il quale ha approvato all’unanimità la delibera di istituzione del CRFF.
MAURIZIO TURRIZIANI
Coordinatore del Centro Ricerca Formazione Frosinone, Comune di Frosinone
Nella società moderna la conoscenza scientifica svolge ormai un ruolo decisivo, per le più diverse
ragioni. Si pensi, ad esempio, al miglioramento generale della qualità della vita che i progressi
scientifici e tecnologici ci portano quotidianamente. Si pensi, per contro, anche al timore con il quale
si affrontano i problemi energetici e ambientali, derivanti proprio da quei progressi. Comunicare
scienza può ben dirsi, dunque, il programma più lungimirante di chi dirige la politica culturale dei
popoli. Non è un caso che la Comunità Europea abbia rimarcato più volte, negli ultimi anni, la
necessità della «crescita di una educazione scientifica e tecnologica di qualità».
Nella scuola italiana, purtroppo, la pedagogia delle discipline scientifiche è stata messa al margine. Si è
cercato prima con il Progetto SeT (Scienza e Tecnologia) e si cerca ora con il Piano ISS (Insegnare Scienze
Sperimentali) di porre rimedio ad una situazione che non fa onore ad una nazione avanzata, così come
mostrano le indagini internazionali effettuate (PISA-OCSE) dove l'Italia risulta essere agli ultimi posti.
Le iniziative di ScienzaViva cercano di essere da supporto a questo tentativo
La Mostra interattiva «Le Ruote Quadrate» è stata realizzata con precise finalità didattiche. Essa mette a
disposizione dei visitatori una notevole quantità di fenomeni, nei quali chiunque può immergersi con
estrema libertà. Il suo allestimento in varie città italiane è una delle azioni del Progetto “Scienza Interattiva”,
cofinanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, ai sensi della legge 6/2000.
Ma in che modo l’approccio percettivo e sensoriale, ai fatti e ai concetti della scienza, può legarsi con
quello cognitivo, normalmente strutturato secondo gli schemi teorici delle discipline? La nostra
esperienza suggerisce di dare uno spazio sufficientemente ampio alla fase percettiva dei fenomeni,
integrandola con spiegazioni ad hoc senza, però, giungere necessariamente alla loro formalizzazione.
Successivamente si cercherà, se necessario, di riconoscere la dipendenza tra le variabili fisiche in gioco.
L’allestimento de «Le Ruote Quadrate» in una nuova città è anche un momento di grande
coinvolgimento umano, emotivo e culturale, e di scambio di conoscenze ed esperienze: ringrazio
quindi a nome di ScienzaViva gli organizzatori locali che ci hanno dato la possibilità di far avvicinare
gioiosamente i ragazzi al mondo scientifico.
Mi auguro che questa esperienza possa ingenerare in tutti la curiosità, primo passo verso la
conoscenza, e in qualcuno il desiderio di diventare “scienziato”.
CANIO LELIO TOGLIA
Presidente dell’Associazione ScienzaViva, Calitri (AV)
(6)
SALUTI
In un’epoca nella quale la ricerca scientifica promette evoluzioni formidabili, dove le implicazioni che
ne derivano coinvolgono ogni aspetto dell’esistenza umana, si impone uno studio responsabile e
meditato delle discipline scientifiche soprattutto da parte delle giovani generazioni, costruttori del
mondo futuro, un futuro che come sosteneva Albert Einstein ‘arriva così presto’.
Le modalità con le quali questa iniziativa conduce alla conoscenza di alcuni fenomeni della natura,
da quella ludica a quella interattiva, da quella scientifica a quella divulgativa rendono l’occasione
utile a tutti i ‘curiosi’: giovani e meno giovani, studenti e già occupati, addetti ai lavori ed estranei,
come momento di confronto, di analisi, di studio e di conoscenza della realtà in cui viviamo.
Ma l’iniziativa è particolarmente preziosa per l’intera comunità educativa della Provincia, in quanto
vede protagonisti tutte le componenti scolastiche: i docenti che sono stati invitati a formarsi, gli
studenti che sono stati chiamati a svolgere il ruolo di explainer, le classi che sono state poste al
centro degli eventi, i dirigenti che sono stati coinvolti nella diffusione dell’iniziativa, le famiglie che
sono state sollecitate a prendere parte ai singoli momenti della manifestazione.
Le basi sulle quali si stanno costruendo ‘Le Giornate della Scienza’ sono indubbiamente valide e
solide, grazie al contributo di istituzioni qualificate, di associazioni accreditate, di persone preparate,
che provengono dal mondo istituzionale, accademico, scolastico, produttivo e sociale del nostro
dinamico ed operoso territorio.
Grazie di cuore dell’occasione offerta a me, alle scuole e a tutta la popolazione!!
MARIO MANDARELLI
Dirigente dell’Ufficio Scolastico Provinciale di Frosinone
La divulgazione della scienza è una delle tematiche di frontiera più discusse in una società come la
nostra in cui il prepotente evolversi delle tecnologie ha, da un lato consentito a tutti di essere fruitori
di molti dei risultati del pensiero scientifico (basti pensare alla diffusione ormai capillare dei telefoni
cellulari che ha reso per così dire realizzabile per ciascuno di noi “il dono della ubiquità”), dall’altro
ha purtroppo accentuato quella disparità tra individui e popoli che a prima vista sembra
ingiustificabile nel terzo millennio.
Per questo plaudo all’iniziativa “Le giornate della scienza” perché, con un taglio che ovviamente
condivido del dialogo tra pari, della comunicazione tra colleghi coetanei cerca di rompere anche
l’ultima frontiera generazionale tra docente e discente per massimizzare i risultati della conoscenza.
“Noi siamo dei nani sulle spalle dei giganti”: questa bellissima e significativa frase di Sir. Francis
Bacon credo sintetizzi, da un lato il rispetto ed il fascino per le menti indubbiamente geniali che ci
hanno preceduto, dall’altro il messaggio sempre affascinante per le giovani menti e cioè quello che
è sempre possibile ripercorrere quanto fatto da un altro uomo, eventualmente migliorandolo.
Questo è lo spirito su cui si basa la passione che ciascuno di noi docenti mette nel suo bellissimo ed
impagabile mestiere di formare nuove menti, nuovi protagonisti, insomma il futuro.
Complimenti agli organizzatori. Ad maiora.
PAOLO VIGO
Rettore dell’Università degli Studi di Cassino
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PROGRAMMA
Le Giornate della Scienza
II edizione
12-21 novembre 2008 | Mostra ‘Le Ruote Quadrate’
Mostra interattiva di scienza e percezione... per tutti
Inaugurazione Mercoledì 12 Novembre - ore 16.00
Lunedì-Sabato: ore 9.30 -13.00 / 15.00 - 18.00
Domenica: ore 10.00 -13.00 / 16.00 - 19.00
13 novembre 2008 | ore 16.00
Conferenza: “Riduzione e riciclaggio dei rifiuti: esperienze territoriali”
Iniziativa patrocinata dall’Unesco nell’ambito della Settimana
dell’Educazione allo Sviluppo Sostenibile
19 novembre 2008 | ore 16.00
Conferenza: “Ricerca e soluzioni tecnologiche per la sicurezza stradale”
21 novembre 2008 | ore 17.00
Concerto di chiusura (Auditorium Comunale)
a cura del Conservatorio di Musica “L. Refice” di Frosinone
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CONFERENZA
Riduzione e riciclaggio dei rifiuti: esperienze territoriali
Sala Conferenze della Villa Comunale
Giovedì 13 novembre, ore 16.00
16.00 | Ambiente, territorio e scuola
Patrizia Campagna_Ufficio Scolastico Provinciale di Frosinone
16.15 | Polveri ultrafini: l’inceneritore di San Vittore del Lazio
Giorgio Buonanno_Università degli Studi di Cassino, Facoltà di Ingegneria
16.30 | Green week 2008: la sfida dell’E per un uso sostenibile delle risorse e dei rifiuti
Francesco Scalia_Provincia di Frosinone
16.45 | Per un salto di qualità differenziamo
Roberto Spaziani_Comune di Frosinone
17.00 | L’educazione ambientale: nuova sfida per la città
Antonello Ciotoli_Comune di Ceccano
17.15 | L’impegno di Confindustria Frosinone per la sostenibilità ambientale: l’aspetto rifiuti
Marco Micheli_Confindustria Frosinone
17.30 | A scuola di rifiuti: idee, esperienze per l’ambiente, l’educazione e la sostenibilità.
Maura Giallatini_Laboratori di Educazione Ambientale
17.45 | Dibattito e conclusioni
Moderatrice: Patrizia Campagna_Ufficio Scolastico Provinciale di Frosinone
Iniziativa patrocinata dall’UNESCO nell’ambito della Settimana dell’Educazione
allo Sviluppo sostenibile
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Ambiente, territorio e scuola
Patrizia Campagna_Ufficio Scolastico Provinciale di Frosinone
Rifiuti, risparmio energetico, inquinamento, sviluppo sostenibile sono solo alcuni dei complessi ma importanti
temi che le scuole del territorio provinciale affrontano da tempo con sistematicità e professionalità.
Prendere in esame le tematiche ambientali a scuola e nei luoghi di formazione, è il modo più
adeguato per promuovere una cultura del cambiamento, utile alla società tutta, ri-discutendo i valori,
i bisogni, i comportamenti sia individuali che sociali, oltre che ri-pensando modelli di sviluppo
economico e sociali maggiormente compatibili con le risorse a disposizione.
L’educazione ambientale non è una disciplina ma un approccio sistemico e trasversale, la cui
acquisizione promuove: sapere ambientale, ossia conoscenze sui sistemi ambientali e le relazioni tra
le componenti; consapevolezza ambientale, come processo di sensibilizzazione; competenza
ambientale, cioè capacità di gestire e progettare delle soluzioni rispetto alle emergenze individuate;
ed infine, cittadinanza ambientale, quale partecipazione attiva dei ragazzi e delle famiglie
all’attuazione delle soluzioni possibili attraverso un cambiamento delle abitudini di vita.
Patrizia Campagna è docente a tempo indeterminato di scuola secondaria di II grado, di Discipline
Giuridiche ed Economiche. E’ attualmente distaccata presso l’Ufficio Scolastico Provinciale di
Frosinone.
Polveri ultrafini: l’inceneritore di San Vittore del Lazio (FR)
Giorgio Buonanno_Università di Cassino, Facoltà di Ingegneria
Negli ultimi anni numerosi studi epidemiologici e tossicologici sono stati sviluppati al fine di
comprendere gli effetti delle polveri sulla salute umana. Non c’è, al momento, completo accordo sulla
maggiore criticità della concentrazione totale di polveri in termini di numero, area o massa, ma
sembra che il ruolo predominante sia da associare alla concentrazione in numero di particelle. Per
tale motivo, anche la legislazione nazionale e internazionale ha focalizzato nel tempo l’attenzione su
particelle di dimensioni sempre minori, anche se la concentrazione in numero non è al momento
ancora contemplata. Nelle aree industrializzate, il maggiore contributo alle polveri fini e ultrafini
deriva da sorgenti antropiche, principalmente da emissioni di processi di combustione industriali e da
traffico veicolare. Nell’ambito delle attività di monitoraggio dell’inceneritore di San Vittore del Lazio
(FR) si è costituito il Laboratorio di Misure Ambientali dell’Università di Cassino. Tra le attività di
ricerca sviluppate particolarmente interessanti sono quelle riguardanti la misura della distribuzione
della concentrazione di polveri ultrafini in emissione dal camino di impianti e la stima della
conseguente ricaduta in ambiente. Tale emissione è stata inoltre confrontata con quella di altre
sorgenti (indoor e lineari outdoor) al fine di comprendere la reale esposizione dei cittadini.
Giorgio Buonanno è professore associato presso l’Università degli Studi di Cassino dal 2001. I suoi
principali interessi in ambito scientifico riguardano il trasporto di massa ed energia all’interno di
mezzi porosi e le misure termofluidodinamiche ed ambientali. In particolare negli ultimi anni l’attività
di ricerca si è incentrata sulla misura di concentrazione di polveri.
Green week 2008: la sfida dell’E per un uso sostenibile delle risorse e dei rifiuti
Francesco Scalia_Provincia di Frosinone
Europe Direct Frosinone, al fine di essere sempre in linea con l’attualità del dibattito europeo e con
le priorità di comunicazione individuate dalla Commissione, anche quest’anno ha voluto offrire il
proprio contributo alla serie di iniziative promosse dall’Ue nell’ambito della“Green Week”.
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L’iniziativa ideata da Europe Direct Frosinone ed implementata il 3 ed il 4 giugno 2008 in
collaborazione con l’APEF (Agenzia Provinciale per l’Energia) e con l’Ufficio Ambiente
dell’Amministrazione provinciale, si è concentrata sul tema “Gestione delle risorse e dei rifiuti” ed ha
avuto come target di riferimento gli studenti di alcune scuole primarie dislocate sul territorio
provinciale. L’obiettivo è stato quello di sensibilizzare i giovani scolari al tema di una corretta gestione
dei rifiuti, suggerendo le modalità più semplici per abituarli, sin da piccoli, a divenire dei consumatori
responsabili, anche alla stregua degli orientamenti comunitari.
Alle scuole visitate dagli operatori di Europe Direct Frosinone sono stati distribuiti gratuitamente dei
contenitori della carta, del vetro e della plastica per lanciare un messaggio educativo sull’importanza
del riciclaggio e del riuso, facili accorgimenti che si possono adottare comodamente nella vita di tutti
i giorni e che rappresentano i metodi più praticati per ridurre i rifiuti alla fonte e a destinazione finale.
Francesco Scalia è Presidente della Provincia di Frosinone dal 1999. E’ avvocato cassazionista e
docente di diritto amministrativo. Nell’ambito delle attività della Provincia di Frosinone, ha
trattenuto la delega alle politiche comunitarie.
Per un salto di qualità differenziamo
Roberto Spaziani_Comune di Frosinone
Il Comune di Frosinone ha avviato un sistema di raccolta dei rifiuti per accrescere il recupero, il
riutilizzo e quindi una diminuzione dei rifiuti da avviare in discarica.
La produzione dei rifiuti nella società è in continua crescita ed è indispensabile ripensare e modificare
le nostre abitudini quindi vale lo slogan “Per un salto di qualità differenziamo”.
Abbiamo avviato un nuovo servizio di raccolta differenziata stradale a mezzo di cassonetti dedicati,
di raccolta degli imballaggi presso le attività commerciali, di raccolta degli umidi presso le grandi
utenze e sperimentato un servizio di raccolta “porta a porta” al centro storico che intendiamo
ampliare in altre zone e per primo al quartiere Cavoni.
Il ciclo dei rifiuti viene concluso con l’attività di recupero degli indifferenziati nell’ impianto di
compostaggio e di recupero S.A.F. di Colfelice dove, tra l’altro, con le materie recuperate, viene
prodotto il CDR utilizzato per recupero di energia nel termovalorizzatore di San Vittore. Solo la
rimanente frazione secca viene avviata in discarica.
Roberto Spaziani è Assessore del Comune di Frosinone alla Tutela dell’Ambiente, Servizi Ecologici,
Verde Pubblico ed Energie Rinnovabili. Ha svolto in passato e per diversi decenni, attività politica e
sindacale rivestendo numerose cariche in ambito comunale, provinciale e regionale. Dal giugno 2007
gli è stata conferita la carica di Assessore comunale.
Le iniziative con le scuole e le aspettative del territorio
Antonello Ciotoli_Comune di Ceccano
La sostenibilità è un concetto complesso che coinvolge temi di carattere ambientale, sociale ed
economico, che ci aiuta a comprendere e a costruire comportamenti individuali e collettivi più attenti
e responsabili. La sostenibilità è uno stile di vita e va costruita giorno dopo giorno, compiendo scelte
e lavorando, con strumenti diversi, sul concetto di cittadinanza attiva.
Per questo intraprendere un percorso didattico sulla sostenibilità, affrontando temi come i rifiuti, non
può prescindere dalla centralità del ruolo della Città educante, che miri ad integrare tutti gli agenti
educativi siano essi formali, non formali che informali che si rivolgono ai cittadini.
Antonello Ciotoli, Assessore all’Ambiente del Comune di Ceccano.
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L’impegno di Confindustria Frosinone per la sostenibilità ambientale:
l’aspetto rifiuti
Marco Micheli_Confindustria Frosinone
Confindustria Frosinone ha da tempo avviato un percorso di particolare attenzione alle tematiche
ambientali tra cui quella dei rifiuti riveste un ruolo di primario rilievo. Attraverso la costituzione di
una commissione dedicata specificatamente ad ambiente e sicurezza si è data ulteriore spinta alla
diffusione tra i propri associati delle cosiddette “best practices” che di fatto molto spesso coincidono
con l’adozione di sistemi di gestione ambientali certificati. Sono proprio questi gli strumenti di
eccellenza che permettono alle imprese di andare verso un percorso di miglioramento continuo.
Miglioramento continuo che sul tema dei rifiuti non può prescindere da percorsi che da un lato
debbono portare alla riduzione degli smaltimenti e degli invii in discarica e dall’altro ad una
massimizzazione delle destinazioni che prevedono un recupero della materia o un recupero
sottoforma di energia. Il Rapporto ambiente e sicurezza di Confindustria Frosinone la cui terza
edizione verrà presentata il prossimo 18 novembre, con una sezione dedicata alla gestione dei rifiuti,
è un ulteriore strumento di diffusione della cultura ambientale che Confindustria Frosinone ha
utilizzato in questi ultimi anni.
Marco Micheli, ingegnere chimico, 43 anni, è direttore dal 2001 dello Stabilimento Viscolube di
Ceccano. In Confindustria ricopre il ruolo di Vice Presidente di Confindustria Frosinone con delega
in Ambiente e Sicurezza nonchè membro delle commissioni nazionali sia per lo sviluppo sostenibile,
sia per la sicurezza.
A scuola di rifiuti: idee, esperienze per l’ambiente, l’educazione e la
sostenibilità.
Maura Giallatini_Laboratori di Educazione Ambientale
La riduzione della quantità di rifiuti prodotta, evitare gli sprechi, sviluppare l'impiego di energie non
inquinanti, inventare nuove tecnologie per proporre uno sviluppo durevole per le generazioni future
sono questioni che si pongono ai cittadini del pianeta. Grandi o piccoli, siamo tutti coinvolti!
Dal 2005, i Laboratori di Educazione Ambientale hanno realizzato una serie di interventi che hanno
visto il coinvolgimento di circa 2000 ragazzi, sui temi riguardanti la produzione e la corretta gestione
dei nostri beni di consumo: i rifiuti.
Attraverso le esperienze realizzate, i ragazzi hanno potuto ricostruire la filiera di un oggetto, dalla
sua produzione fino in alcuni casi allo smaltimento.
Nei percorsi didattici si sono promosse esperienze significative che hanno consentito di apprendere
in concreto il prendersi cura di se stessi, degli altri e dell'ambiente e verificare i modi di agire (buone
pratiche) che oggi incidono profondamente su tutte le dimensioni della vita quotidiana, individuale
e collettiva.
Maura Giallatini è responsabile del Settore Educazione e Progetti nelle Scuole dei LEA di Acuto ed
Isola del Liri. Ha coordinato progetti di Microcredito per la Fondazione Pangea Onlus, in Nepal. Ha
collaborato in progetti con varie associazioni ed enti sui temi dell'ambiente e dell'economia solidale.
(12)
CONFERENZA
Ricerca e soluzioni tecnologiche per la sicurezza stradale
Sala Conferenze della Villa Comunale
Mercoledì 19 novembre, ore 16.00
16.00 | Approcci ingegneristici e prospettive di ricerca nella sicurezza stradale
Mauro D’Apuzzo_Università degli Studi di Cassino, Facoltà di Ingegneria
16.20 | Sicurezza & Tutor - Un anno dopo: risultati e prospettive
Nicola Spadavecchia_Autostrade per l’Italia, Direzione VI Tronco, Cassino
16.40 | Conducente e tecnologia nella sicurezza stradale
Filippo Moscarini_ISAM, Istituto Sperimentale Auto e Motori, Anagni
17.00 | Il ruolo e l'importanza dell'educazione stradale
Alessandro Ciotti_Sezione Polizia Stradale di Frosinone
17.20 | Il “Guidatore Sicuro” in provincia di Frosinone a tre anni dal Protocollo
Achille Pagliuca_ACI, Automobile Club Frosinone
17.40 | Dibattito e conclusioni
Moderatore: Antonio Maffucci_Università degli Studi di Cassino, Facoltà di Ingegneria
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Approcci ingegneristici e prospettive di ricerca nella sicurezza stradale
Mauro D’Apuzzo_Università degli Studi di Cassino, Facoltà di Ingegneria
La sicurezza stradale rappresenta una delle principali emergenze a livello nazionale ed europeo.
La valutazione ed il controllo della sicurezza stradale è un’attività complessa che richiede numerose
competenze tecniche (esperti di traffico, di ingegneria stradale, di analisi dei sistemi, psicologi, informatici,
ecc) ed una serrata collaborazione tra i tecnici, gli amministratori, le forze dell’ordine, le aziende ospedaliere,
i decisori politici, ed ovviamente gli utenti della rete stradale stessa. In questa sede si vuole evidenziare il
contributo fornito dalle discipline ingegneristiche, soffermandosi sulle principali metodologie e gli strumenti
che possono essere proficuamente impiegati per valutare le criticità della rete e l’efficacia delle diverse strategie
di intervento al fine di raggiungere prefissati obiettivi di riduzione della incidentalità. Vengono inoltre
tratteggiate le potenzialità offerte nella ricerca sulla sicurezza stradale dalle simulazioni in ambiente virtuale
e da quelle numeriche, al fine di conseguire una migliore progettazione delle nuove infrastrutture di trasporto
ed un opportuno adeguamento funzionale di quelle esistenti.
Mauro D’Apuzzo è Ricercatore Universitario nel settore Strade, Ferrovie ed Aeroporti. Ricopre dal
2000 diversi incarichi di docenza presso il Corso di Laurea in Ingegneria Civile e quello dell'Ambiente
e del Territorio dell’Università di Cassino. È autore di numerose memorie scientifiche inerenti la
sicurezza stradale, l'impatto ambientale e la gestione delle infrastrutture di trasporto.
Sicurezza & Tutor - Un anno dopo: risultati e prospettive
Nicola Spadavecchia_Autostrade per l’Italia, Direzione VI Tronco, Cassino
L’intervento intende fare un bilancio dei risultati conseguiti dall’istallazione nei tratti autostradali del
sistema di rilevamento della velocità “tutor”. Verrà presentata la tecnologia del sistema tutor,
mettendone in evidenza le differenze e gli aspetti innovativi rispetto alle soluzioni adottate in
passato. L’intervento poi sarà l’occasione per presentare i dati storici relativi alle statistiche di incidentalità,
confrontando in particolare i periodi precedenti e successivi all’istallazione del tutor. Verranno inoltre
mostrati filmati particolarmente significativi sul comportamento degli automobilisti e sull’eccesso di
velocità. L’intervento infine presenterà le prospettive future di implementazione del sistema.
Nicola Spadavecchia ha conseguito la Laurea in Ingegneria Civile presso il Politecnico di Torino. Dal
1975 al 1987 ha curato la Direzione Tecnica in imprese private in Italia e all’estero. È entrato nel
1987 in Società Autostrade. Dal 1996 al 2001 è stato Direttore di Tronco di Genova e dal 2001 è
Direttore di Tronco di Cassino.
Conducente e tecnologia nella sicurezza stradale
Filippo Moscarini_ISAM, Istituto Sperimentale Auto e Motori, Anagni
I tre grandi elementi che compongono la sicurezza stradale sono: la strada, il veicolo ed il conducente.
In questa breve relazione ci occupiamo del veicolo e soprattutto del conducente, ed in particolare di quanto
viene fatto dalle Case Costruttrici per migliorare la sicurezza attiva dei vari mezzi che circolano sulle nostre strade
e di quanto invece le moderne tecnologie spesso inducono i conducenti ad una condotta di guida distratta e
soprattutto poco concentrata sul traffico e sulla circolazione stradale, oggi molto più intensa che nel passato.
D’altra parte l’elettronica, su cui si basano le nuove tecnologie, non ha e non può avere un’affidabilità totale e
quindi il livello di concentrazione deve sempre rimanere alto, anche in presenza dell’aiuto tecnologico.
Si deve infine ricordare che i tre elementi sopracitati operano nello stesso contesto e quindi qualsiasi
miglioramento deve essere visto nella globalità e non può rivolgersi ad uno solo dei tre elementi senza tener
conto delle eventuali conseguenze sugli altri due.
(14)
Filippo Moscarini è laureato nel 1972 in Ingegneria Meccanica all’Università di Roma, è responsabile,
dal 1973, dell’Istituto Sperimentale Auto e Motori di Anagni (FR); nel 1978 ha fondato la prima
scuola di Guida Sicura in Italia. Come giornalista, ha collaborato con il mensile QUATTRORUOTE e,
dal 1995, con il programma televisivo TG2MOTORI. Dal 2002 è Perito del Tribunale come esperto in
dinamica di incidenti stradali.
Il ruolo e l'importanza dell'educazione stradale
Alessandro Ciotti_Sezione Polizia Stradale di Frosinone
Oggi, soprattutto nel nostro Paese, garantire più sicurezza stradale significa anche occuparsi di
educazione stradale. Quello che a mio parere oggi manca in Italia è una cultura della sicurezza
stradale; cultura che si costruisce anche grazie all'educazione stradale. La Polizia Stradale tutta è da
sempre impegnata su questo fronte. (crediamo molto nella prevenzione).
Noi partiamo dalle scuole, anche elementari, poichè siamo convinti che i giovani possano e debbano
trasmettere il messaggio che lanciamo.
Alessandro Ciotti è entrato a far parte della Polizia di Stato nel 1992. Nel 1997 ha conseguito la
Laurea in giurisprudenza ed ha assunto l’incarico di Direttore dell'Ufficio 1°, presso il Compartimento
Polizia Stradale "Piemonte e Valle d'Aosta" di Torino. Nel 2001 ha prestato servizio prima presso la
Sezione Polizia Stradale di Perugia con l'incarico di Direttore del 2° Settore e successivamente presso
la Sezione Polizia Stradale di Pisa con l'incarico di Dirigente della Sezione. Dal giugno 2006 ha
assunto l'incarico di Dirigente della Sezione Polizia Stradale di Frosinone.
Il “Guidatore Sicuro” in Provincia di Frosinone a 3 anni dal Protocollo
Achille Pagliuca_ACI, Automobile Club Frosinone
Nel 2005 l’Automobile Club Frosinone assieme alla Provincia di Frosinone, a molte istituzioni locali
e alle Forze dell’Ordine, ha siglato un protocollo d’intesa sulla sicurezza stradale, nell’ambito di una
campagna comunicativa denominata “Ama la vita”, volta a contrastare il dilagante fenomeno delle
stragi su strada. A tre anni dall’inizio del progetto sono stati molti i risultati conseguiti in materia di
sensibilizzazione dei giovani sul tema della guida sicura: fondamentale è stata l’istituzione della
figura del “BOB” o Guidatore Designato, anche in provincia di Frosinone, creando un apposito albo
presso l’AC Frosinone a cui molti ragazzi hanno aderito entusiasti. Per gli iscritti all’elenco del
Giovane Guidatore Sicuro, infatti, è prevista una giornata di formazione gratuita presso il Centro di
Guida Sicura ACI di Vallelunga, dopo il quale i ragazzi ricevono un distintivo che gli permette di
entrare gratuitamente nei locali convenzionati con il solo impegno, da parte loro, di non bere alcolici
e non assumere droghe così da poter accompagnare i propri amici a casa a fine serata guidando in
sicurezza. Oltre al “Guidatore sicuro”, questo protocollo d’intesa ha portato avanti una lunga serie di
incontri in tutte le scuole delle provincia, di ogni ordine e grado, in materia di educazione stradale e
educazione civica, tenuti da esperti delle Forze dell’Ordine o da psicologi della ASL di Frosinone. Si
è pensato, poi, di aggiornare i docenti referenti delle singole scuole in materia di educazione stradale
per informarli costantemente sulle novità non solo normative ma anche medico-scintifiche. Lo stesso
tipo di interventi è stato incentivato dall’azione della neonata Consulta provinciale sulla sicurezza
stradale.
Achille Pagliuca, nato a Montefalcione (AV) nel 1932, è laureato in Giurisprudenza. E’ stato dirigente
superiore del Ministero delle Finanze per 44 anni e ha diretto gli Uffici delle Imposte di Veroli, Segni,
Velletri e, dal 1979 al 1999, di Frosinone. Dal 2002 è Presidente (p.t.) dell’Automobile Club Frosinone.
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CORSI DI FORMAZIONE
PERCORSO FORMATIVO PER DOCENTI DI SCUOLA SECONDARIA DI II GRADO, 8 ore
“Toccare le menti, cambiare il futuro”
PARTECIPANTI: 18 docenti delle Scuole Secondarie di II grado partner del Progetto
OBIETTIVI
- acquisire i principali concetti di didattica informale delle scienze, pedagogia attiva, interattiva ed
esperienziale
- consolidare ed arricchire le competenze disciplinari con particolare riferimento all’attività
sperimentale realizzabile con materiale di facile reperibilità e costo contenuto
- acquisire o perfezionare competenze sulla manualità, sui materiali di uso comune nelle
esperienze da svolgere in classe e sul loro assemblaggio
- approfondire le competenze sui concetti di sostenibilità ambientale e di sicurezza, attraverso
lo studio di esempi territoriali e di contesti più generali
CONTENUTI
- introduzione alla didattica informale delle scienze
- analisi di semplici esperienze realizzabili in classe sui temi: aria ed acqua, moto ed equilibrio,
fenomeni elettrici, luce, colori, percezione umana, sistema occhio-cervello
- la gestione del ciclo dei rifiuti e l’esperienza territoriale
- la sicurezza stradale
PERCORSO FORMATIVO PER STUDENTI DI SCUOLA SECONDARIA DI II GRADO, 16 ore
“Corso breve per explainer di mostre scientifiche interattive”
PARTECIPANTI: 120 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, con particolare riferimento ai coetanei
CONTENUTI
- approfondimenti di ottica, meccanica, elettromagnetismo, acustica, fluidodinamica e percezione
- tirocinio: simulazioni di gestione di gruppi in visita ed analisi di casi-studio
- gestione dei gruppi in visita alla Mostra
PERCORSO FORMATIVO PER STUDENTI UNIVERSITARI, 20 ore
“Corso breve per guida-senior di mostre scientifiche interattive”
PARTECIPANTI: 10 studenti universitari della Facoltà di Ingegneria di Cassino, sede di Frosinone
(Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale, Corso di Laurea in Ingegneria dell’Ambiente e del Territorio)
OBIETTIVI
- approfondire le leggi fondamentali della Fisica attraverso esperienze dirette dei fenomeni
- migliorare la capacità di esporre in modo chiaro i concetti studiati
- acquisire competenze nella gestione di eventi culturali
CONTENUTI
- approfondimenti di ottica, meccanica, elettromagnetismo, acustica, fluidodinamica e percezione
- attività di “guida senior” e coordinamento delle visite
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Le Ruote Quadrate
Mostra di Scienza, Arte e Percezione
CATALOGO DEGLI EXHIBIT
INTRODUZIONE
Le Ruote Quadrate
“Le Ruote Quadrate” è una mostra scientifica itinerante costituita da circa 50 exhibit interattivi,
ideati e realizzati per far sì che chiunque, indipendentemente dall’età, dalle conoscenze scientifiche
e dalle competenze manuali, possa fare esperienza diretta di fenomeni naturali ed intuirne le leggi.
La parola inglese exhibit si può tradurre in italiano come unità espositiva, nel senso che essa
propone un insieme unitario di fenomeni. La mostra è, dunque, una raccolta di unità espositive
distinte, raccordabili secondo un filo logico o tematico. Il pubblico non è obbligato a visitarle in
modo sequenziale, anzi è lasciato libero di seguire tutti i percorsi che vuole: ogni unità ha qualcosa
da dirgli, che non dipende dall’ordine in cui egli la incontra.
La parola interattivo, invece, indica il fatto che l’exhibit è stato studiato per “reagire” alle azioni del
visitatore e per rivelargli in questo modo quali legami esistono tra le variabili fisiche messe in gioco
dalle sue mani. L’interattività è la modalità conoscitiva più coerente con la mentalità operativa in cui
oggi viviamo. Missione della mostra è rivelare questa modalità e il suo retroterra scientifico, basato
sul rapporto bilaterale tra il cervello e le azioni manuali. Farlo cogliere al pubblico, al di là degli
immediati scopi divulgativi, è il nostro ulteriore e più ambizioso obiettivo.
Il modello ispiratore della Mostra è stato l’Exploratorium di San Francisco, il primo Museo della
Scienza al mondo ad introdurre questa filosofia espositiva: il visitatore che vi entra non trova antichi
strumenti custoditi gelosamente in teche trasparenti, ma oggetti curiosi, che sembrano grossi
giocattoli, che lo sollecitano a “metterci le mani sopra” (hands-on) e ad interagire con essi. Gli exhibit
dell’Exploratorium sono diventati famosi perché sono stati pensati e costruiti da scienziati,
insegnanti, artigiani e artisti.
La Mostra “Le Ruote Quadrate”, è stata ideata e realizzata nel corso degli ultimi venti anni fa a
Calitri, un paese dell’Alta Irpinia, grazie soprattutto all’impegno e alla volontà dei professori Pietro
Cerreta e Canio Lelio Toglia, docenti del locale Istituto di Istruzione Superiore “A.M. Maffucci”. Come
è accaduto per l’Exploratorium, «Le Ruote Quadrate» è il risultato della proficua interazione tra
docenti e studenti di scuola superiore, studenti universitari, tecnici e artigiani locali. La Mostra,
infatti, è stata realizzata a Calitri, in quel laboratorio diffuso di botteghe artigiane che pervade il
paese e lo rende ricco di conoscenze e competenze tecniche, tradizionali e moderne. Grazie a questa
ricchezza, gli exhibit interattivi della Mostra sono stati realizzati con fattura e complessità
comparabili a quelli prodotti nei laboratori dei grandi Science Center di tutto il mondo.
Il nucleo di persone coinvolto in questa Mostra ha collaborato, nel corso degli anni, alla realizzazione
di exhibit interattivi anche per altre iniziative, tra cui ne citiamo due:
- “Futuro Remoto” di Napoli, prima iniziativa di divulgazione scientifica italiana che, in seguito,
diventerà la Città della Scienza, con la realizzazione di exhibit interattivi per la sezione
“Facciamo un Esperimento”
- Progetto “Adotta un Esperimento” , promosso dall’Università di Perugia, patrocinato e
co-finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, teso a valorizzare
le capacità creative degli studenti e dei docenti delle Scuole superiori di tutta Italia.
Dal 2000 la mostra “Le Ruote Quadrate” è gestita dall’Associazione no-profit ScienzaViva e viene
allestita in tutta Italia nell’ambito del Progetto “Scienza Interattiva”, promosso da ScienzaViva e
patrocinato e cofinanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca. Nel resto
dell’anno è ospitata presso il Centro della Scienza di Calitri.
Per l'originale intuizione pedagogica che ispira “Le Ruote Quadrate”, i professori Pietro Cerreta e
Canio Lelio Toglia hanno ricevuto nel 1997 il premio per attività nel campo la Didattica della Fisica
dalla Società Italiana di Fisica.
(18)
Le principali tappe della Mostra dal 2000 ad oggi
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Bergamo, Le Ruote Quadrate, marzo 2000
Benevento, Settimana della Cultura Scientifica, aprile 2000
Milazzo (ME), Progetto Europeo “Physics on Stage”, ottobre 2000
Basiano (MI), Le Ruote Quadrate, gennaio 2002
Cassino (FR), Le Ruote Quadrate, marzo 2002
Terni, Adotta un esperimento, aprile 2002
Cremona, Settimana Europea della Scienza, novembre-dicembre 2002
Bologna, Le Ruote Quadrate, marzo 2003
Potenza, Le Ruote Quadrate, maggio 2003
Genova, Festival Internazionale della Scienza, ottobre 2003
Pavia, Le Ruote Quadrate, maggio 2004
Palermo, Le Ruote Quadrate, ottobre 2005
Sanremo, Festival Internazionale della Scienza, ottobre-novembre 2005
Perugia, Perugia Science Festival, settembre 2006
Policoro (MT), Solleticando la mente, ottobre 2006
Montella (AV), Sensate Esperienze per fare Scienza, ottobre-novembre 2006
Ruvo di Puglia (BA), Le Ruote Quadrate, febbraio 2007
Frosinone, Le giornate della Scienza, novembre 2008
L’Associazione ScienzaViva
ScienzaViva è un’Associazione no-profit per la divulgazione scientifica e tecnologica che dal 2000
promuove in tutta Italia iniziative volte a:
- favorire la divulgazione scientifica e tecnologica attraverso la sperimentazione diretta di
fenomeni naturali;
- sviluppare la ricerca e la sperimentazione di nuove metodologie didattiche
- rivalutare e promuovere la manualità della tradizione artigiana, quale espressione di competenza
e conoscenza tecnologica.
Gran parte delle attività di ScienzaViva si inquadrano nell’ambito del Progetto “Scienza Interattiva”,
cofinanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, ai sensi della legge 6/2000, che
sostiene iniziative per la diffusione della cultura scientifica di rilevante interesse nazionale. L’Associazione,
inoltre, si è da sempre integrata in progetti ed iniziative di respiro nazionale ed internazionale: dal
Progetto MIUR Scienza e Tecnologia (SeT) al Progetto Europeo Physics on Stage, dal Festival
Internazionale della Scienza di Genova, alla Settimana Europea della Cultura Scientifica e a tante altre
manifestazioni culturali organizzate da Enti pubblici o soggetti privati in tutta Italia.
L’Associazione promuove, in particolare, corsi di formazione per docenti sulla didattica informale ed
interattiva delle scienze, tra cui la Scuola Estiva di Scienza Interattiva, che si tiene dal 2001 ogni
due anni, in collaborazione con l’Associazione per l’Insegnamento della Fisica. Dal 2005 ScienzaViva
è accreditata presso il Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca quale Ente formatore
per il personale della Scuola.
ScienzaViva è membro della rete europea dei Centri della Scienza ECSITE, gode della consulenza
dell’ASTC (Association of Science - Technology Centers di Washington) e contribuisce alla ricerca
scientifica sulla didattica interattiva con pubblicazioni ed interventi nei principali congressi del settore.
Riferimenti
Associazione ScienzaViva, Centro della Scienza di Calitri
Largo San Bernardino, 83045 CALITRI (AV)
Tel./fax. 082730228, e-mail: [email protected], sito: www.scienzaviva.it
(19)
ELENCO DEGLI EXHIBIT DELLA MOSTRA
LUCE E PERCEZIONE
1
Bacchetta magica
12
L’angolo di Brewster
2
Brucia ma non scotta
13
Lenti e diaframmi
3
I colori del colore
14
Luce polarizzata
4
Dritte o curve
15
Motore a luce
5
Dischi di Benham
16
Ombre colorate
6
Effetto Moiré
17
Parabole (miraggio)
7
Entra nel caleidoscopio
18
Riflessioni sferiche
8
Il gatto del Cheshire
19
Riflettore angolare
9
Immagini reali
20
Specchio antigravità
10
Io e te insieme
21
Tocca la molla
11
Isola luminosa
ELETTRICITÁ E MAGNETISMO
1
Attrattore strano
4
Paracadute elettromagnetico
2
Batteria a mano
5
Pulci elettriche
3
Motore asincrono
6
Trasformatore
ARIA, ACQUA E SUONO
1
Bolle di sapone
5
Il secchio di Newton
2
Cannone ad aria
6
Note a memoria
3
Il diavoletto di Cartesio
7
Pellicola colorata di sapone
4
Il flauto di Pan
EQUILIBRIO E MOVIMENTO
1
Armonografo
7
Le ruote quadrate
2
Bottiglie risonanti
8
Precessione della ruota
3
Comincia da sopra
9
Ruota di bicicletta
4
Gara in discesa
10
Stecca in equilibrio
5
Giroscopio
11
Urto elastico
6
Il piccolo contro il grande
(20)
LUCE E PERCEZIONE
BACCHETTA MAGICA
Cosa fare e cosa notare
Questo exhibit è formato da un contenitore rosso, all’interno del quale è posto un proiettore di
diapositive, e da uno schermo nero dotato di alette rivolte verso il basso, posto a qualche passo di
distanza. Lasciando libero lo spazio tra i due oggetti, prendi la bacchetta bianca dal manico e agitala
davanti allo schermo nero. Man mano che aumenterai la velocità con cui oscilla la bacchetta davanti
allo schermo, vedrai, come per incanto, costruirsi un'immagine.
Che differenza noti nella immagine quando agiti la bacchetta lentamente rispetto a quando il moto
è molto più veloce? Riesci a trovare una velocità minima necessaria per costruire l'immagine intera?
Cosa accade?
Il fascio di luce proveniente dal proiettore di diapositive colpisce il pannello nero. In assenza di
bacchetta non riesci a vedere l’immagine della diapositiva poiché la luce del proiettore è in parte
assorbita dal pannello e in parte deviata dalle alette. Quando interponi la bacchetta e la lasci ferma,
i raggi trovano una superficie su cui riflettersi e ti permettono di osservare una parte dell'immagine
complessiva della diapositiva: quella che in quel momento si riflette sulla bacchetta.
Quando la bacchetta oscilla, al tuo occhio arriva una sequenza di immagini parziali. Grazie alla
capacità dell’occhio umano di conservare le immagini sulla retina (persistenza dell’immagine) e alla
capacità del cervello di integrare, cioè di collegare le immagini successive, il sistema occhio-cervello
è in grado di ricostruire l’immagine continua. Ciò avviene però solo se la velocità con cui la bacchetta
viene agitata supera un valore minimo, corrispondente al susseguirsi di circa 30 immagini parziali al
secondo. A velocità maggiori la qualità dell’immagine migliora. Allo stesso modo facendo scorrere
velocemente la pellicola di un film, costituita da tanti immagini fisse (fotogrammi), abbiamo
l’illusione del movimento continuo.
Lo sapevi che…
Un
televisore
tradizionale
funziona a 50 Hertz, cioè
riproduce 50 volte in un secondo
l'immagine che in quel momento
stai osservando. I moderni
televisori a 100 Hertz offrono
quindi un’immagine migliore.
(21)
LUCE E PERCEZIONE
BRUCIA MA NON SCOTTA
Cosa fare e cosa notare
Avvicinati all’apertura circolare di questa scatola e introduci lentamente la tua mano… prova a
stringere la mano che ti si avvicina!
Se hai un accendino prova ad accenderlo e a tenerlo davanti all’apertura, mentre infili dentro l’altra
mano: la fiamma sembra toccare la tua mano … ma non scotta!
Cosa accade?
Quello che stai osservando è l’effetto di uno specchio concavo disposto sul fondo della scatola. Uno
specchio concavo è in grado di far convergere i raggi che incidono sulla sua superficie in un unico
punto detto fuoco. La distanza tra questo punto e la superficie dello specchio è detta lunghezza
focale. Nel fuoco si crea un’immagine reale che ai nostri occhi appare esattamente uguale a quella
dell’oggetto che l’ha creata.
In questo exhibit la tua mano è posta ad una distanza pari al doppio della distanza focale. A questa
distanza si produce un’immagine reale della tua mano della stessa dimensione della mano vera, ma
capovolta.
Lo sapevi che…
L’obiettivo è un gruppo di lenti o una combinazione di specchi sferici in grado di creare l’immagine
reale di un oggetto. Lo zoom è un obiettivo a lunghezza focale variabile, che consente di ampliare
o ridurre l'inquadratura mantenendo sempre a fuoco l'immagine.
(22)
LUCE E PERCEZIONE
I COLORI DEL COLORE
Cosa fare e cosa notare
Un sottile raggio di luce bianca esce dalla scatola alla tua sinistra e colpisce il prisma al centro del
tavolo. Ruota la base del prisma fino a che sullo schermo bianco non compaiono i colori
dell'arcobaleno. Regola bene la posizione del prisma in modo che i colori siano nitidi e ben
distinguibili. I colori che vedi ora separati erano prima tutti mescolati nel raggio di luce bianca: il
prisma li ha separati, mettendoli in ordine dal violetto al rosso.
Nota che una parte del fascio di luce bianca passa al di sopra del prisma e illumina lo schermo bianco
che sta alla tua destra. Metti un filtro colorato tra la sorgente luminosa e il prisma. Nota che uno o
più colori non appaiono più. Confronta i colori che sono rimasti sullo schermo di fronte a te e quello
che c'è sullo schermo alla tua destra. Ora avvicina il filtro agli occhi e ripeti il confronto. Nota che i
colori non sono cambiati.
Cosa accade?
La luce bianca contiene tutti i colori dell'arcobaleno ma l'occhio non è in grado di distinguerli. Un
raggio luminoso che attraversa il prisma subisce due deviazioni: la prima all’ingresso del prisma e la
seconda all’uscita (rifrazione). La deviazione totale è diversa per ciascuno dei colori di cui è composta
la luce bianca, per cui all’uscita dal prisma è possibile raccogliere sullo schermo bianco l’immagine
dei colori distinti. In termini scientifici questo si chiama spettro della luce bianca.
Un filtro è nient'altro che un dispositivo in grado di bloccare alcuni di questi colori e lasciare passare
indisturbati gli altri. Quando interponi un filtro tra la sorgente di luce e il prisma, sullo schermo di
fronte a te appaiono i colori distinti che il filtro ha lasciato passare, mentre sullo schermo alla tua
destra appare il colore che si è ottenuto per effetto della loro mescolanza. I colori che vedi saranno
gli stessi sia che tu metta il filtro tra la sorgente di luce e il prisma, sia che lo metta tra il prisma e
gli schermi, sia infine che lo metta
direttamente sui tuoi occhi. Cambiando
la posizione del filtro non cambia il
colore della luce che giunge ai tuoi
occhi.
Lo sapevi che…
Le gocce d’acqua sospese in cielo dopo
un temporale agiscono esattamente
come il prisma di questo exhibit,
scomponendo la luce bianca nel suo
spettro di colori e dando vita
all’arcobaleno: il profilo ad arco è
dovuto alla forma delle gocce.
(23)
LUCE E PERCEZIONE
DIRITTE O CURVE?
Cosa fare e cosa notare
Una lastra di plexiglas può scorrere su due figure affiancate, su entrambi i lati del pannello. Su una
delle lastre è disegnata una coppia di segmenti paralleli, sull'altra un quadrato. Sulla parte fissa sono
invece disegnate delle linee curve, che costituiscono i possibili sfondi.
Se sposti la lastra con i segmenti prima sullo sfondo di destra e poi su quello di sinistra, noterai che
le linee parallele sembrano incurvarsi prima in un senso e poi nell'altro. Lo stesso accade ai lati del
quadrato che in un caso tendono a incurvarsi verso l’interno, in un altro verso l’esterno.
Cosa accade?
Si tratta di distorsioni ottiche o, se vogliamo, di illusioni ottiche. Si gioca su quel complesso
fenomeno che è la nostra percezione visiva del mondo che ci circonda, regolato dal funzionamento
del sistema occhio-cervello.
Uno dei meccanismi alla base della percezione è la tendenza del sistema occhio-cervello ad esaltare
la differenza tra l’oggetto che stiamo osservando e ciò che lo circonda, che viene preso come
riferimento. Il quadrato disegnato sulla lastra mobile, ad esempio, verrebbe percepito con i lati
perfettamente diritti se venisse osservato davanti ad uno sfondo uniforme. Quando il nostro sfondo
di riferimento è costituito dalle curve disegnate sulla parte fissa del pannello, il nostro sistema
occhio-cervello tende ad esaltare la differenza tra le linee diritte dello schermo mobile e questo
“strano” riferimento.
Secondo il celebre scienziato Helmoltz questo comportamento è dovuto ai rivelatori
dell'orientamento contenuti nel nostro sistema percettivo che, in casi del genere, esagerano
l'ampiezza degli angoli acuti e minimizzano quella degli angoli ottusi.
Lo sapevi che…
Le illusioni ottiche sono usate anche
nella pittura: ad esempio nella tecnica
“Trompe l'Oeil” (“inganno dell'occhio")
si crea l’illusione della profondità e dello
spazio attraverso l’uso di prospettiva e
giochi di luce e ombre.
(24)
LUCE E PERCEZIONE
DISCHI DI BENHAM
Cosa fare e cosa notare
Se osservi le figure disegnate su questi tre dischi noterai che sono tutte in bianco e nero e che
ciascuna di esse si distingue per le figure geometriche.
Metti in rotazione uno dei dischi e nota che su di esso appaiono archi colorati. Fai attenzione
all’ordine dei colori, dal centro verso i bordi del disco. Quale colore vedi al centro e quale al bordo?
Soffermati ad osservare cosa accade intorno alle parti più sottili delle figure.
Inverti il senso di rotazione ed osserva di nuovo l’ordine dei colori. E’ lo stesso?
Cerca di variare la velocità di rotazione e ripeti le osservazioni.
Cosa accade?
Facendo girare una trottola su cui aveva applicato un disegno in bianco e nero Benham, costruttore di
giocattoli dell’800, osservò dei colori. Si tratta di un’illusione ottica legata al funzionamento del sistema
occhio-cervello ed in particolare ai cosiddetti coni, cioè le cellule della retina addette alla visione del
colore. Vi sono tre tipi di coni, sensibili rispettivamente alla luce rossa, verde e blu. Ogni tipo di cono
impiega un tempo diverso per attivarsi e quindi “vedere” il colore (tempo di latenza) e conserva questa
informazione per un certo tempo (tempo di persistenza). I coni sensibili al blu, ad esempio, hanno i tempi
di latenza e di persistenza più lunghi.
Quando ti concentri su una determinata area del disco rotante ricevi alternativamente lampi di bianco
e di nero. Un lampo bianco è costituito da tutti i
colori e quindi eccita tutti e tre i tipi di coni. Ma
il sistema occhio-cervello vede il colore bianco
solo quando i tre tipi di coni rispondono allo
stesso modo. Il fatto che i coni possano avere
diversi tempi di latenza e di persistenza crea uno
squilibrio che spiega perché vedi i colori. Questo
squilibrio può variare, anche di molto, da persona
a persona, quindi non tutti potrebbero percepire
i colori della figura in movimento.
Lo sapevi che…
Una telecamera ha tre differenti sensori di colore,
anch’essi con diversi tempi di latenza e di
persistenza. Quando una luce molto brillante
finisce nel campo visivo di una telecamera, lo
squilibrio di tali tempi produce una stria colorata
sullo schermo.
(25)
LUCE E PERCEZIONE
L’EFFETTO MOIRÈ
Cosa fare e cosa notare
Questo exhibit è costituito da tre pannelli e da due oggetti forati disposti davanti al pannello bianco.
Sui pannelli laterali, invece, sono collocate quattro coppie di figure. Osserva una qualunque di queste
coppie e nota che i loro sistemi di linee, se sovrapposti, coincidono. Se sposti leggermente la figura
mobile noterai una serie di linee chiare e scure sovrapporsi alla figura: questo disegno è chiamato
moiré (termine francese che indica un tessuto che ricorda le onde del mare). Il moiré cambia man
mano che ti allontani dalle figure o che cambi la distanza tra di loro.
Puoi fare le stesse osservazioni guardando i due oggetti forati disposti di fronte al pannello bianco.
Noterai in questo caso che il moiré si presenta come un insieme di celle esagonali, regolari sulle
superfici piane e deformate sul cilindro. Anche in questo caso il moirè cambierà se ti allontani dagli
oggetti (in particolare varierà la dimensione degli esagoni).
Cosa accade?
L’effetto moiré è dovuto alla composizione di due immagini provenienti da due oggetti simmetrici o
a struttura reticolare, quando la loro distanza è troppo piccola per poterle distinguere come immagini
separate. In questi casi la composizione delle due immagini è legata al fenomeno dell’interferenza.
Le righe nere corrispondono a punti dove le due immagini si sono cancellate a vicenda (interferenza
distruttiva), mentre le righe chiare corrispondono a punti in cui l’interferenza è stata costruttiva. Il
moirè è quindi una figura di interferenza, molto sensibile anche a piccolissime variazioni della
distanza tra le due immagini.
L’effetto moiré si può osservare guardando, da un veicolo in movimento, le maglie della rete metallica
di un recinto: se fai attenzione ti balzerà agli occhi un insieme di linee chiare e scure che si spostano.
Lo sapevi che…
L’effetto Moirè viene sfruttato in molte
“prove non distruttive”, ad esempio per
verificare la precisione di lavorazione
delle superfici di pannelli per uso
aeronautico.
(26)
LUCE E PERCEZIONE
ENTRA NEL CALEIDOSCOPIO
Cosa fare e cosa notare
Entra nel caleidoscopio (fai attenzione alla testa!) e… immergiti nell’infinito.
Osserva quante volte viene riflessa la tua immagine! Nota, inoltre, cosa accade se ti sposti al centro
o in prossimità di un vertice del caleidoscopio. Se sei in compagnia di uno o due amici, provate ad
alzare le mani tutti insieme: una “folla” di braccia alzate vi sorprenderà.
Cosa accade?
Il caleidoscopio (termine greco che significa "oggetto per vedere belle forme") è un oggetto molto
noto che produce immagini suggestive, giocando con le infinite riflessioni prodotte da specchi
disposti simmetricamente.
Come in un caleidoscopio, in questo exhibit si sfruttano le riflessioni multiple create da tre specchi
disposti ai lati di un triangolo equilatero. Le immagini riflesse saranno talmente tante che tu farai
fatica a distinguerne l’ordine con il quale si formano. Concentrando l’attenzione sulle immagini più
lontane avrai un’idea dell’infinito ripetersi delle riflessioni.
D’altra parte, la “folla” di braccia alzate ti darà l’idea dell’infinito...in atto.
Lo sapevi che…
Il caleidoscopio è stato inventato nel 1816 dallo scienziato scozzese David Brewster mentre
conduceva esperimenti sulla polarizzazione della luce.
(27)
LUCE E PERCEZIONE
IL GATTO DEL CHESHIRE
Cosa fare e cosa notare
Per questo exhibit ti occorre l’aiuto di qualcuno che si sieda sullo sgabello fisso dall’altra parte del tavolo.
Siediti sullo sgabello di fronte allo specchio che si trova sul tavolo e appoggia la fronte e il naso contro lo
spigolo dello specchio, in modo che il tuo occhio sinistro veda la persona seduta di fronte, mentre l’occhio
destro veda, attraverso lo specchio inclinato, l'immagine riflessa del pannello bianco.
Stando in questa posizione, metti la tua mano destra sul pannello bianco, in modo che la sua
immagine si sovrapponga a quella della persona che stai osservando. Adesso muovi la mano sul
pannello come se volessi cancellare con un cassino l'immagine della persona che ti sta davanti.
Noterai che scompaiono alcune parti del suo volto o addirittura l’intero volto. L'effetto sarà più
evidente se chi ti sta davanti resta immobile ed il tuo movimento è rapido.
Alcune persone ci riescono solo dopo diversi tentativi, altri non ci riescono affatto. Tu stesso, forse,
dovrai provare diverse volte prima di farcela.
Cosa accade?
Com’è noto l’immagine che percepiamo è la ricostruzione fatta dal nostro cervello delle due immagini
inviate separatamente dai nostri occhi. Normalmente un occhio ha una visione dell'ambiente
circostante che è solo di poco diversa da quella dell'altro. Qui, invece, gli occhi hanno visioni molto
diverse tra loro. Un occhio vede una persona immobile, mentre l'altro vede il pannello bianco e la
mano in movimento. Il cervello allora è costretto a costruire un'unica immagine che abbia senso
fondendo queste due.
L’istinto porta naturalmente il cervello a dare priorità alle immagini in movimento piuttosto che a quelle
ferme. In questo caso, nella ricostruzione dell’immagine complessiva il cervello darà molto più “peso” alla
mano in movimento che non al volto immobile della persona, di cui tipicamente scompaiono le parti uniformi
(guance, fronte) e restano le parti che spiccano maggiormente (occhi e bocca).
Se non riesci a percepire l'effetto dipende probabilmente dal fatto che il tuo occhio sinistro è dominante
rispetto al destro, il che può compensare il
fenomeno descritto.
Lo sapevi che…
Il gatto del Cheshire (lo “Stregatto”) è
un personaggio del libro "Alice nel paese
delle meraviglie" di L. Carrol che
scompare lentamente, lasciando visibile
solo la bocca e il suo sorriso.
(28)
LUCE E PERCEZIONE
IMMAGINI REALI
Cosa fare e cosa notare
Se osservi questo exhibit noterai che vi sono due aste mobili, con le quali si può cambiare la posizione
di una lampadina e di uno schermo semitrasparente. Una seconda lampadina è invece fissata
capovolta sulla struttura in legno.
Muovi l’asta a cui è collegato lo schermo fino a posizionarlo in corrispondenza della lampadina
capovolta. Muovi ora avanti e indietro l’altra asta, osservando lo schermo attraverso l’anello finché
non riesci ad osservare nitidamente l’immagine di una lampadina capovolta. Le dimensioni di questa
immagine sono uguali a quelle della lampadina capovolta fissata sul legno.
Abbassa ora lo schermo e guarda nel punto dove prima c’era lo schermo: troverai ancora l’immagine della
lampadina. Riporta lo schermo in posizione e spostalo in un’altra posizione. Ripeti la procedura di prima e
ti accorgerai che questa volta l’immagine ha dimensioni diverse da quelle della lampadina capovolta.
Cosa accade?
Tra la lampadina mobile e lo schermo si trova un lente convessa, in grado di piegare il percorso dei
raggi di luce e di farli convergere in un punto (fuoco della lente), cioè in grado di focalizzare il fascio
di luce. L’immagine nitida della lampadina si forma quando lo schermo si trova proprio nel fuoco
della lente.
Com’e’ noto, noi percepiamo l’immagine del mondo esterno grazie alla luce che si irradia dagli
oggetti e colpisce i nostri occhi. La luce si irradia dall’immagine della lampadina esattamente come
fa dalla lampadina vera, montata capovolta sulla struttura di legno. Ai nostri occhi, quindi, le due
immagini appaiono uguali. L’immagine reale si crea nel fuoco indipendentemente dalla presenza di
uno schermo, che serve solo ad agevolare la visione dell’immagine, esaltando la luce che proviene da
essa verso i nostri occhi.
L'immagine della lampadina che si ottiene sullo schermo spostando le due aste è a volte piu' piccola,
a volte piu' grande dell'originale, ma sempre capovolta. Quando la distanza della lampadina dallo
schermo è uguale a due volte la distanza
tra la lente ed il suo fuoco, l’immagine
della lampadina è perfettamente a fuoco
ed identica in dimensioni all'originale.
Lo sapevi che…
L’occhio umano contiene una lente
convessa (cristallino) che focalizza i
raggi di luce sul fondo dell’occhio
(retina), formando immagini capovolte.
Gli occhiali servono a correggere
eventuali difetti di focalizzazione di
questo sistema ottico.
(29)
LUCE E PERCEZIONE
IO E TE INSIEME
Cosa fare e cosa notare
Per questo exhibit occorrono due persone. Sedetevi sui due sgabelli, spostate leggermente il busto e cercate
di allineare i vostri volti in modo da far coincidere la posizione dei vostri occhi sulla lastra che vi sta di fronte.
Adesso muovete i cursori neri posti sul tavolo di legno, che permettono di regolare la luminosità. Noterete
che le immagini dei vostri volti si fondono in un’unica immagine e che, se la luce è più intensa da uno dei
due lati, il volto della persona che sta da quella parte domina rispetto all’altro volto. Potete provare a lasciar
spente le luci da un lato, accendendole al massimo dall’altro lato, variando poi con continuità la loro
luminosità fino a trovarvi nella situazione opposta.
L’effetto è tanto più intrigante quanto più i volti sono diversi (uomo-donna, adulto-bambino, etc…).
Cosa accade?
Il vetro che hai di fronte è particolare, in quanto su una delle due facce è stata stesa una sottilissima
lamina di metallo. Questa lamina è talmente sottile da non impedire che la luce possa attraversarla,
per cui sei in grado di vedere la persona che ti sta di fronte. La lamina tuttavia riesce in parte a
riflettere la luce, cioè si comporta come uno specchio.
Ai tuoi occhi, quindi, arriva l’immagine del tuo amico che si trasmette attraverso il vetro, combinata
con la tua immagine riflessa per effetto della presenza della lamina. Le due immagini si fondono
dando origine all’immagine “ibrida” che osservi. Variando la luminosità delle luci da una parte o
dall’altra si può esaltare o attenuare una delle due immagini che si compongono e quindi farne
prevalere una sull’altra.
Lo sapevi che…
Un effetto analogo è usato in
cinematografia nelle scene in
cui da un volto si passa
gradualmente ad un altro.
Tale tecnica, basata su
manipolazioni digitali di due
immagini, è detta morphing.
(30)
LUCE E PERCEZIONE
ISOLA LUMINOSA
Cosa fare e cosa notare
In questa postazione potrai divertirti a fare numerose esperienze di ottica, sfruttando i raggi di luce che
escono dalle fenditure del cilindro al centro del tavolo, e utilizzando tutti gli oggetti a disposizione: lenti,
prismi, filtri, specchi. Alcuni schermi bianchi ti permetteranno di raccogliere le immagini.
Prova ad usare le lenti: ne troverai di due tipi: concave e convesse. I raggi che attraversano una lente
convessa devieranno in modo da convergere, cioè da focalizzarsi in un unico punto. Passando attraverso
una lente concava, invece, i raggi divergono, cioè si allontanano tra di loro.
Utilizzando un prisma è poi possibile scomporre la luce nei colori fondamentali e raccogliere sullo
schermo bianco lo spettro dei colori, dal rosso al violetto. Metti ora un prisma davanti alla traiettoria di
un singolo raggio e fallo ruotare lentamente su se stesso: noterai che in alcune posizioni il raggio di luce
viene completamente riflesso, tornando indietro nella direzione da cui proviene.
Infine usando i filtri colorati, da soli o in combinazione tra di loro, potrai osservare quali colori
vengono bloccati e quali invece riescono a passare.
Cosa accade?
Quando un raggio di luce colpisce il vetro o il plexiglas trasparente, una parte riesce a passare
(rifrazione) e un’altra viene riflessa (riflessione). Il raggio trasmesso (rifratto) viene deviato di un
angolo che dipende dallo spessore che attraversa. In una lente i raggi che la colpiscono in zone
diverse incontrano spessori diversi e quindi subiscono differenti deviazioni. L’effetto complessivo è
divergente o convergente, a seconda delle lenti.
Passando attraverso un prisma, ciascuno dei colori di cui è composta la luce bianca subisce una
diversa deviazione, per cui è possibile raccogliere sullo schermo bianco l’immagine dei colori distinti.
I filtri assorbono solo alcuni colori dalla luce bianca lasciando passare gli altri. Un filtro ideale è in
grado di assorbire completamente un certo colore, mentre in altri casi il filtro si limita ad attenuarlo.
Ponendo in successione due filtri ideali di colore diverso (ad esempio blu e rosso) si blocca
completamente il passaggio di luce.
Lo sapevi che…
La trasmissione della luce lungo le
fibre ottiche sfrutta il fenomeno della
“riflessione
totale”
che
hai
sperimentato con questo exhibit,
quando hai trovato l’angolo per cui
tutta la luce incidente sul prisma
viene riflessa indietro.
(31)
LUCE E PERCEZIONE
L’ANGOLO DI BREWSTER
Cosa fare e cosa notare
Sulla parte destra di questo tavolo trovi una lampada inclinata che illumina uno schermo su cui
poggia un dischetto di computer. Per questo exhibit utilizza uno dei filtri polarizzatori montati su
cornice di legno che trovi al centro del tavolo. Osserva, attraverso il filtro, l’immagine riflessa del
dischetto, ruotando il filtro in varie posizioni e allontanandoti di qualche passo dal tavolo. Al variare
dell’angolo e della distanza, cambia la luminosità dei riflessi: diventa massima in certe posizioni
mentre si attenua in altre.
Fai attenzione, in particolare, al riflesso della parte metallica del dischetto e confrontalo con quello
della parte nera di plastica: ruotando il filtro noterai una variazione di luminosità del riflesso della
parte di plastica, mentre il riflesso prodotto dalla parte metallica resta invariato. Allontanandoti dal
tavolo, infine, la variazione di luminosità sarà più evidente.
Cosa accade?
Per comprendere meglio leggi prima la descrizione dell’exhibit Luce polarizzata.
In questo exhibit la lampadina emette luce non polarizzata, che viene riflessa così com’è dalla
superficie metallica. La plastica, invece, è in grado di polarizzare la luce, facendo riflettere solo la
componente della luce che vibra parallelamente alla sua superficie, mentre blocca la luce che vibra
in altre direzioni. Il filtro, al solito, lascerà passare la luce che vibra in una determinata direzione,
assorbendo il resto. Quando la polarizzazione del filtro è uguale a quella della luce riflessa dalla
plastica osserverai la massima luminosità, mentre nella direzione perpendicolare si ottiene la
luminosità minima.
Consideriamo l’angolo tra la direzione della luce incidente e la direzione perpendicolare alla
superficie. Quando questo angolo assume particolari valori (angolo di Brewster) la luce diventa
completamente polarizzata nella direzione della superficie riflettente. L’angolo di Brewster per l’acqua
vale 53°, per il vetro è 56°, mentre per la plastica è compreso tra questi due. Allontanandoti dal tavolo
ti avvicini a quest’angolo e le variazioni di luminosità sono più evidenti.
Lo sapevi che…
I pescatori indossano lenti da sole
polarizzanti (Polaroid) che riducono il
bagliore dei riflessi del sole sulla
superficie dell’acqua, al punto da
permettere loro di intravedere cosa c’è
sotto l’acqua.
(32)
LUCE E PERCEZIONE
LENTI E DIAFRAMMI
Cosa fare e cosa notare
Prendi una lente e portala all’altezza del fascio di luce. Muovila lentamente verso la sorgente luminosa fino
a quando non vedi apparire sullo schermo mobile un’immagine nitida (capovolta). Muovi ora la lente verso
lo schermo fino a quando non vedi apparire una nuova immagine, di dimensioni minori rispetto a prima.
Se muovi avanti e indietro la lente tra la diapositiva e lo schermo troverai che l’immagine si forma solo in
quei due posti. Se sposti lo schermo mobile cambieranno queste posizioni. Nota, inoltre, che le immagini
saranno sfocate se inclini la lente, mentre saranno meno luminose se cerchi di coprirla parzialmente con le
tue dita. Abbassa ora lo schermo mobile e osserva se si formano immagini in fondo, sullo schermo fisso.
Ripeti ora l’esperienza usando il diaframma col foro più piccolo: l’immagine che si formerà sarà molto tenue,
ma sarà ancora capovolta, come accade per le lenti. Riprova, questa volta mettendo insieme due lenti.
Osserva infine cosa accade quando accosti ad una lente un diaframma con un foro più grande o con una
corona di fori.
Cosa accade?
Senza la lente, la luce che si irradia da ciascun punto della diapositiva arriva in tutti i punti dello schermo,
rendendo indistinguibile al nostro occhio l’immagine. La lente invece è in grado di piegare il percorso dei
raggi di luce e di farli convergere (focalizzare). Tra la diapositiva e lo schermo, qualunque sia la loro distanza,
esistono sempre due sole posizioni nelle quali la lente è in grado di far convergere tutti i raggi che partono
da un dato punto della diapositiva in un unico punto dello schermo. In questa condizione il nostro occhio
è in grado di ricostruire l’immagine della diapositiva. Se, dopo aver focalizzato un’immagine, abbassi lo
schermo mobile non riuscirai a vedere l’immagine sullo schermo fisso e sarai costretto a spostare la lente
alla ricerca di una delle due nuove posizioni.
Tutte le aree della lente contribuiscono ugualmente all’immagine: non c’è alcuna differenza tra i
raggi provenienti dal suo bordo rispetto a quelli provenienti dal suo centro. Le dita davanti alla lente
o l’aggiunta di un diaframma non producono ombre nell’immagine perché si limitano a bloccare il
passaggio di un’uguale quantità di luce destinata a ogni parte dell’immagine. Di conseguenza
l’immagine sarà solo meno luminosa.
Nella malattia nota come “cataratta”
parte della lente dell’occhio (cristallino)
non è più trasparente. In questo caso le
immagini sono molto tenui, ma intere.
Lo sapevi che…
Nelle
macchine
fotografiche
il
diaframma viene regolato in funzione
della luminosità: in condizioni di scarsa
luminosità occorre aprirlo al massimo
per sfruttare tutta l’area della lente nella
focalizzazione dell’immagine.
(33)
LUCE E PERCEZIONE
LUCE POLARIZZATA
Cosa fare e cosa notare
Sul tavolo troverai alcuni oggetti poggiati su una zona illuminata contrassegnata da una freccia. Al centro
ci sono due filtri montati in cornici di legno, anch’essi contrassegnati da una freccia. Prendi uno dei filtri
e osserva attraverso di esso gli oggetti poggiati sulla zona illuminata. Noterai che l’immagine è chiara
quando la freccia del filtro è parallela a quella indicata sul tavolo, mentre si fa più scura quando le frecce
sono perpendicolari.
Osserva ora la lastra di vetro con le strisce di nastro adesivo: girando lentamente il filtro noterai che
cambiano i colori. Infine prova a ripetere l’esperienza osservando un tubicino di plastica e deformandolo.
All’aumentare della deformazione del tubo il filtro ti farà vedere colori diversi.
Cosa accade?
Se prendi un capo di una corda e lo scuoti si forma un’onda trasversale che
procede fino all’altro capo, come nell’immagine a lato. Possiamo immaginare
che la luce sia formata da tante onde che, in condizioni normali, vibrano in
tutte le direzioni. La luce è invece polarizzata quando le onde di cui è
composta vibrano tutte in un’unica direzione.
Il materiale di cui è composta una parte della superficie illuminata del tavolo
e il filtro montato nelle cornici è in grado di polarizzare la luce in una certa
direzione. Per avere un’idea possiamo pensare ad uno steccato con le assi
distanziate, come in figura. Questa struttura è in grado di far passare le onde polarizzate verticalmente e di
bloccare quelle che oscillano in altre direzioni. Allineando le frecce le polarizzazioni dello schermo fisso sul
tavolo e del filtro nella nostra mano sono le stesse e quindi consentiamo il passaggio della luce. In
qualunque altra posizione la trasmissione è ostacolata e quindi l’immagine riflessa diventa più scura.
Quando la luce bianca polarizzata passa attraverso il nastro adesivo sulla lastra di vetro, la luce riflessa ha una
direzione di polarizzazione diversa per ciascuno del colori di cui è composta. Nella luce riflessa, quindi, i colori
non vibrano più tutti nella stessa direzione: li puoi distinguere tutti ruotando il filtro. I colori, inoltre,
dipendono dalle tensioni a cui è sottoposto
il materiale: le regioni in cui le strisce
colorate sono più strette e fitte sono quelle
in cui lo sforzo è maggiore.
Lo sapevi che…
Negli schermi a cristalli liquidi (LCD) gioca
un ruolo fondamentale l’interazione tra i
cristalli liquidi, in grado di far ruotare di 90°
la polarizzazione della luce, e una coppia di
filtri polarizzatori disposti su assi
perpendicolari tra di loro.
(34)
LUCE E PERCEZIONE
MOTORE A LUCE
Cosa fare e cosa notare
In un palloncino di vetro è sospeso un leggero mulinello formato da quattro palette, in bilico sulla punta
di un ago, in modo da rendere minimo l’attrito. Nel palloncino è stato fatto un vuoto parziale. Le palette
sono annerite da un lato e bianche e riflettenti dall’altro. Le parti annerite si susseguono sempre nello stesso
verso, in modo che due palette opposte presentino a che le osserva una la faccia nera, l’altra quella bianca.
Accendi la lampadina posta sulla sinistra del palloncino di vetro e osserva: il mulinello si metterà a girare,
anche velocemente. Sembra quasi che le facce nere siano “spinte”: nota che le palette girano nel verso in
cui le facce nere retrocedono.
Cosa accade?
Questo strumento è detto Radiometro di Crookes, dal nome del chimico e fisico inglese che lo ha ideato
nel 1873. La spiegazione rigorosa del fenomeno è molto complessa ed è stata per anni oggetto di una
accesa controversia scientifica, che ha coinvolto scienziati del calibro di Maxwell e Reynolds.
Le facce nere assorbono le radiazioni meglio di quelle bianche: come conseguenza le facce nere si riscaldano
di più di quelle bianche. In prossimità dei bordi delle alette, cioè della zona di confine tra area più calda
(faccia nera) ed area meno calda (faccia bianca), le molecole dell’aria rarefatta contenuta nel palloncino
“scavalcano” il bordo stesso, creando come effetto una spinta. Il ruolo cruciale dell’aria, sebbene rarefatta,
è evidenziato dal fatto che il fenomeno sarebbe pressoché inesistente se nel palloncino si facesse un vuoto
spinto.
Inoltre, se il moto fosse generato dalla pressione della radiazione elettromagnetica sulle palette, durante la
rotazione le parti annerite dovrebbero avanzare, invece che retrocedere.
Lo sapevi che…
Un radiometro è un dispositivo
che misura il flusso della
radiazione elettromagnetica. Il
radiometro di Crookes è stato
uno dei primi radiometri nel
campo della radiazione visibile.
(35)
LUCE E PERCEZIONE
OMBRE COLORATE
Cosa fare e cosa notare
Prima di iniziare verifica che le tre lampade sia tutte accese. Noterai che il centro del fascio di luce
che illumina la parete di fronte è bianco.
Mettiti ora tra le lampade e la parete ed osserva le ombre colorate che producono le parti del tuo
corpo, in particolare le tue mani. La tua ombra è nera se il tuo corpo ostacola la luce proveniente da
tutte e tre le lampade, mentre se solo alcune luci sono ostacolate potrai vedere suggestive ombre…
colorate. Quali colori produci ostacolando alcune delle tre luci, singolarmente o in combinazione? Se
fai attenzione alle varie combinazioni possibili dovresti essere in grado di distinguere otto colori
diversi, bianco e nero compresi.
Cosa accade?
La composizione dei tre colori fondamentali provenienti dalle tre lampade, cioè rosso, verde e blu,
fornisce la luce bianca.
Ostacolando uno dei tre colori si ottengono rispettivamente il ciano (bianco meno rosso), il magenta
(bianco meno verde) ed il giallo (bianco meno blu). Rimuovendo due dei tre colori si osserva
ovviamente il terzo colore. Dalle possibili combinazioni, quindi, si possono osservare bianco, nero,
rosso, verde, blu, ciano, magenta e giallo.
La composizione di luci monocromatiche quali quelle di questo exhibit (rosso, blu e verde) può dar
luogo a qualsiasi colore (sintesi additiva). Una tinta qualsiasi può anche essere prodotta con una
sintesi sottrattiva, cioè partendo da uno dei tre colori ciano, magenta e giallo. In questo caso la logica
è appunto sottrattiva: un filtro giallo, ad esempio, rimuove dal bianco i colori rosso e verde lasciando
la luce blu.
Lo sapevi che…
La televisione a colori usa la sintesi
additiva (colori primari: rosso, blu e
verde), mentre nella fotografia si usa
la sintesi sottrattiva (colori primari:
ciano, magenta e giallo).
(36)
LUCE E PERCEZIONE
PARABOLE (MIRAGGIO)
Cosa fare e cosa notare
Osserva con attenzione l’apertura superiore di questo exhibit: noterai un oggetto. Prova ad afferrarlo…. non
c’è nulla da prendere!
Cosa accade?
Quello che stai osservando non è un oggetto reale ma
un’immagine creata da una doppia riflessione sulla superficie di
due specchi parabolici, messi l’uno di fronte all’altro, come
evidenziato in figura.
Uno specchio parabolico ha la proprietà di far convergere tutti i
raggi paralleli in un unico punto detto fuoco. La distanza di
questo punto dal centro dello specchio è detta distanza focale.
In maniera reciproca, tutti i raggi che provengono da una
sorgente luminosa posta nel fuoco e colpiscono la parabola
vengono riflessi parallelamente.
L’oggetto reale è posto sul fondo della parabola in basso, in un punto che è anche il fuoco della parabola
superiore. I raggi di luce che provengono dall’oggetto reale, quindi, colpiscono la parabola capovolta
superiore e vengono riflessi parallelamente verso la parabola inferiore. Quest’ultima fa convergere i raggi nel
suo fuoco, che si trova proprio nell’apertura praticata sulla parabola superiore. In questo punto si crea
l’immagine reale dell’oggetto.
Lo sapevi che…
I segnali satellitari arrivano molto
deboli sulle nostre antenne, a
causa delle enormi distanze che
percorrono: per questa ragione la
loro ricezione deve essere il più
possibile efficiente. Le antenne
paraboliche, con i ricevitori posti
nel loro fuoco, rappresentano un
ottimo sistema di ricezione di tali
segnali.
(37)
LUCE E PERCEZIONE
RIFLESSIONI SFERICHE
Cosa fare e cosa notare
Osserva le palline da diverse angolazioni. Noterai che l’immagine riflessa da ognuna di esse è un po' diversa
da quelle delle palline a fianco e che le immagini del tuo volto appaiono molto piccole e distanti.
Punta un dito verso una sfera e potrai osservare che le immagini di quel dito prodotte da tutte le
altre sfere punteranno verso la stessa sfera. Se fai ruotare il dito potrai assistere a un sorprendente
movimento coreografico. Ripeti la stessa esperienza con un accendino o con la piccola luce tascabile
che trovi sul tavolo. Noterai che le riflessioni su due palline vicine si inseguono all’infinito, diventando
sempre più piccole.
Osserva ora attentamente lo spazio tra le palline: ci aspetteremmo che sia delimitato da profili curvi,
invece ha la forma di un triangolo.
Cosa accade?
Ogni pallina è uno specchio convesso, cioè uno specchio curvato verso la sorgente di luce. Gli specchi
convessi producono immagini che sono più piccole degli oggetti che vi si riflettono, a differenza degli
specchi piani nei quali l’immagine è della stessa grandezza dell’oggetto. Puoi confrontare la
dimensione della tua faccia riflessa da una pallina con quella riflessa dalla lastra del vetro. Inoltre
ogni specchio sferico ”vede” il mondo da un punto di vista leggermente differente dall’altro, quindi
le immagini riflesse da ciascuna pallina sono leggermente diverse.
Lo spazio tra le palline assume una forma triangolare perché il fondo della scatola è colorato di nero.
Poiché il nero assorbe quasi completamente la luce, dal fondo non si riflette luce verso le palline,
delle quali, quindi, resta visibile solo la parte anteriore.
La “fuga” di immagini, di grandezza sempre più piccola, nella zona di contatto tra due palline
dimostra che ogni immagine che si crea su una pallina diventa una sorgente per un’altra pallina.
Lo sapevi che…
Gli specchi convessi si usano nei
retrovisori delle automobili per il
loro ampio campo visivo: per
questa ragione gli oggetti visti nei
retrovisori sono in realtà più vicini
di quanto sembri.
(38)
LUCE E PERCEZIONE
RIFLETTORE ANGOLARE
Cosa fare e cosa notare
Chiudi un occhio e fissa con l’altro occhio l’angolo dove si congiungono i tre specchi. Noterai che l’immagine
della pupilla resterà fissa su quell’angolo, anche quando muovi la testa o addirittura ti sposti con tutto il
corpo.
Metti una mano davanti ad un occhio: qualunque occhio tu copra con la mano, l’immagine dell’altro occhio
si formerà sempre nell’angolo dei tre specchi. Nota, inoltre, che l’immagine della pupilla è capovolta e
ribaltata rispetto alla normale immagine fornita da uno specchio.
Cosa accade?
L’immagine che vediamo è il risultato di tre riflessioni successive sulle tre superfici degli specchi. Poiché tali
superfici sono disposte perpendicolarmente, qualsiasi raggio di luce che incide sullo specchio sarà riflesso in
una direzione parallela a quella da cui proviene. I raggi che colpiscono il centro dei tre specchi vengono
riflessi nella stessa direzione da cui provengono, ciò spiega perché da qualunque angolo guardiamo lo
specchio troveremo il nostro occhio sempre nell’angolo.
Quando si guarda lo specchio con entrambi gli occhi aperti, nell’angolo si forma l’immagine dell’occhio
dominante.
Lo sapevi che…
Nel corso delle missioni Apollo alcuni riflettori angolari sono stati lasciati sulla Luna: misurando il
tempo di andata e ritorno di un raggio laser lanciato dalla Terra si è potuto misurare con precisione
la distanza Terra-Luna.
(39)
LUCE E PERCEZIONE
SPECCHIO ANTIGRAVITÁ
Cosa fare e cosa notare
Chiama uno o più amici: questo esperimento lo si fa solo in compagnia. Mettiti lungo uno dei bordi verticali
dello specchio e fai mettere i tuoi amici da parte opposta. Cerca di far coincidere il bordo dello specchio con
la metà del tuo corpo, in modo che una delle tue gambe sia all’esterno, l’altra all’interno ed il centro del
tuo naso sia appoggiato al bordo.
Nascondi una gamba dietro lo specchio ed appoggiati ad essa. Ora alza l’altra gamba. Il tuo amico avrà
l’impressione che tu ti stia librando in aria. Se vuoi volare un po’ più in alto, muovi dolcemente il
braccio...per portarti più in su.
Puoi far comparire dal nulla un braccio o un dito, facendolo passare attraverso la bocca, oppure puoi far
sollevare sulla tua testa una cartella... fingendo di soffiarvi sotto. Non c’e’ limite all’immaginazione…
Cosa accade?
Sappiamo tutti che un comune specchio piano, di quelli che abbiamo a casa nostra, produce
immagini simmetriche degli oggetti reali che vi si riflettono: ad esempio il nostro lato destro diventa
il lato sinistro della nostra immagine nello specchio, e viceversa. Nonostante tu sia parzialmente
nascosto, i tuoi amici hanno l’impressione di vederti per intero perché l’immagine del tuo lato destro
riflessa dallo specchio piano appare al tuo amico come il tuo lato sinistro.
Quando alzi la gamba, è tutto il tuo corpo che sembra sollevarsi. L’effetto è più credibile se muovi
anche il braccio, come se fosse un’ala. Non sarebbe così se il corpo umano non fosse simmetrico!
Il cervello è tratto in inganno: i tuoi amici ne sono consapevoli ma, come vedi, non smettono di
sorprendersi…
Lo sapevi che…
Le automobili che fluttuavano sul
deserto nei primi film “Guerre
Stellari” erano dotate di uno
specchio che correva lungo il
profilo
della
carrozzeria
nascondendo le ruote. Lo
specchio rifletteva l’immagine
della sabbia, le ruote venivano
occultate e le auto sembravano….
volare.
(40)
LUCE E PERCEZIONE
TOCCA LA MOLLA!
Cosa fare e cosa notare
Mettiti ad una distanza di circa un metro e guarda diritto attraverso l'apertura rettangolare. Introduci
la mano nell’apertura della scatola e … tocca la molla!
Ti accorgerai che la molla che stai osservando non è un oggetto reale ma solo un'immagine.
Cosa accade?
Quella che stai osservando è solo l'immagine di una molla vera
prodotta da un grande specchio concavo collocato sul fondo della
scatola (vedi il disegno).
I raggi luminosi che provengono da ogni punto della molla vera
subiscono una riflessione sullo specchio, convergono nell'apertura
della scatola e divergono di nuovo fino a giungere nel tuo occhio.
L'effetto che producono nell'occhio è identico a quello che avresti
osservando una molla vera. In corrispondenza dell'apertura della
scatola si crea quella che si chiama immagine reale della molla stessa.
Lo sapevi che…
Il periscopio dei sommergibili o dei carri armati è un esempio di utilizzo di specchi sferici per
visualizzare oggetti che non si trovano a vista.
(41)
E L E T T R I C I T Á E M AG N E T I S M O
L'ATTRATTORE STRANO
Cosa fare e cosa notare
Questo pendolo è fatto con un filo alla cui estremità si trova una calamita (magnete). Se dai una spinta al
pendolo osserverai un moto incantevole prodotto dall'attrazione e dalla repulsione tra il magnete del
pendolo ed i tre magneti fissi alla sua base. Alla fine il pendolo si ferma in una posizione di equilibrio sopra
uno dei tre magneti fissi. Prova ad indovinare su quale magnete si fermerà il pendolo: noterai che è
praticamente impossibile.
Cosa accade?
Il moto del pendolo è il risultato dell’interazione tra la forza di gravità e la forza di attrazione o di
repulsione che si ha tra magneti. In principio non c’è nulla di casuale nell’evoluzione di questo
pendolo, visto che le leggi che ne regolano il moto sono ben note e determinate. Tuttavia in questo,
come in tutti i cosiddetti sistemi caotici, ogni piccola variazione delle condizioni iniziali rende
impossibile prevedere l’effettiva evoluzione del sistema.
La teoria del caos descrive fenomeni molto diversi tra di loro: la conformazione degli anelli di
Saturno, le epidemie di morbillo e l'insorgere degli attacchi di cuore. Un problema affrontato dagli
studiosi dei fenomeni caotici è l’effetto farfalla: una farfalla che batte le ali in Cina può modificare
il tempo a New York?
Lo sapevi che…
Sorprendentemente in questi fenomeni caotici è
possibile trovare una sottile e complessa forma di
regolarità, attraverso lo studio degli “attrattori
strani”. Nella crittografia si sta studiando la
possibilità di sfruttare questa “regolarità” per
trasmettere informazioni in modo sicuro, usando
i segnali caotici.
(42)
E L E T T R I C I T Á E M AG N E T I S M O
BATTERIA A MANO
Cosa fare e cosa notare
Sul tavolo troverai due coppie di piastre di metallo diverso collegate ad uno strumento che misura il
passaggio di correnti debolissime (microamperometro).
Appoggia le mani su due piastre diverse: noterai che la freccia dello strumento si sposta. Questo significa
che sta passando corrente elettrica in un circuito formato da te, dalle due piastre, dai fili che le collegano
allo strumento e dallo strumento stesso. Se inverti le mani, vedrai che la freccia si sposta nella direzione
opposta. Se invece poggi le mani su due piastre dello stesso metallo non osserverai nessun passaggio di
corrente.
Se ora provi a strofinarti o a bagnarti le mani prima di appoggiarle sulle piastre il fenomeno sarà ancora più
vistoso. Appoggiando un dito alla volta è possibile osservare che maggiore è la superficie di contatto,
maggiore è la corrente misurata.
Forma ora una catena con uno o più amici, tenendovi due a due per mano, con le mani alle due estremità
della catena poggiate su due piastre di metallo diverso: la corrente misurata dallo strumento sarà tanto più
bassa quanto più lunga è la catena.
Cosa accade?
Le due piastre sono fatte di due metalli diversi: rame e alluminio. Appoggiando le mani sulle piastre di metalli
diversi e sfruttando la debole acidità del nostro corpo facciamo avvenire una reazione chimica che produce
cariche elettriche (ossido-riduzione). Le cariche si producono sulla piastra di alluminio (ossidazione),
attraversano il circuito e arrivano alla piastra di rame (riduzione) chiudendo un circuito elettrico.
Questo è il semplice principio di funzionamento della pila elettrica: il corpo umano svolge il ruolo
che in una comune batteria è affidato all’acido e, quindi, l'effetto è tanto più evidente quanto più
la pelle è umida.
Il corpo umano offre una certa resistenza al passaggio della corrente. La resistenza diminuisce quando aumenta
la superficie di contatto, mentre aumenta collegando corpi in serie, come nel caso della catena umana.
Lo sapevi che…
Nel 1800 Alessandro Volta
annunciò alla Royal Society
inglese di poter produrre
corrente con un apparecchio che
"… non è che l'insieme di un
numero di buoni conduttori di
differente specie … e un numero
uguale di strati d'acqua o di
qualche altro umore…" . Aveva
inventato la pila.
(43)
E L E T T R I C I T Á E M AG N E T I S M O
MOTORE ASINCRONO
Cosa fare e cosa notare
Su questo tavolo troverai un oggetto a forma circolare: si tratta di un disco di vetro al di sopra del quale
c’è un cilindro di materiale magnetico (magnete), libero di ruotare intorno al suo asse. Poggia il disco sulla
lastra di plexiglas trasparente, al di sotto della quale vi è un parallelepipedo intorno al quale sono avvolti
fili di rame (nucleo ferromagnetico). Se tieni premuto il pulsante rosso, a destra del tavolo, noterai che il
magnete cilindrico si metterà a ruotare. Prova ora a spostare il disco, anche di poco, facendolo scorrere sulla
lastra di plexiglas e nota se cambia il verso di rotazione del magnete.
Prendi in una mano i piccoli magnetini dal loro alloggio di legno e metti la tua mano sopra il nucleo
ferromagnetico, con il palmo rivolto verso l’alto. Premi ancora il pulsante rosso: sentirai una evidente
vibrazione dei magnetini tra le tue dita.
Cosa accade?
Quando premi il pulsante rosso chiudi un circuito che consente il passaggio di corrente alternata negli
avvolgimenti di rame intorno al nucleo. Questa corrente genera un campo magnetico che invade lo
spazio circostante e di cui ci si accorge facilmente tenendo in mano i magnetini.
Questo campo magnetico varia periodicamente a causa dell'andamento alternato della corrente che
alimenta la bobina. Il cilindro magnetico è costretto a ruotare perché alcune sue parti sono spinte e
altre attratte dal campo magnetico. A seconda delle posizioni in cui si trova e quindi dalle linee del
campo in cui è immerso, si può osservare che il cilindro ruota in un verso oppure nell'altro.
L'insieme descritto sopra è un motore del tutto simile ai motori elettrici a campo magnetico rotante,
o motori asincroni, nei quali c'è una parte fissa (statore) e una parte mobile (rotore).
Lo sapevi che…
Il motore asincrono, uno dei dispositivi elettrici più utilizzati al mondo, fu inventato dall'ingegnere
italiano Galileo Ferraris (1847-1896).
(44)
E L E T T R I C I T Á E M AG N E T I S M O
PARACADUTE ELETTROMAGNETICO
Cosa fare e cosa notare
Tra le due barre di rame massiccio che formano questa colonna troverai due dischi appoggiati l’uno
sull’altro: uno di plexiglas e l'altro di ferrite, materiale magnetico. Nota che entrambi, se vengono
sollevati, possono scorrere liberamente tra due barre verticali.
Usa la maniglia fissata al disco di plexiglas per sollevare entrambi i dischi e, raggiunta la sommità,
lasciali cadere liberamente. Mentre il disco di plexiglas cade con la velocità che ci aspettiamo da un
corpo in caduta libera, quello di ferrite sembra essere frenato da un "paracadute invisibile".
Cosa accade?
I due dischi dovrebbero cadere insieme perché sono sottoposti alla stessa forza di gravità. Tuttavia
ciò non accade: nella caduta c'è una forza che rallenta il disco di ferrite ma non quello di plexiglas.
Il disco di ferrite è magnetizzato, cioè è una calamita, e quindi genera un campo magnetico nello
spazio circostante. Per il principio di induzione elettromagnetica, se un conduttore è immerso in un
campo magnetico variabile vengono indotte al suo interno delle correnti dette parassite. Quando il
disco di ferrite comincia a cadere le barrette di rame massiccio “sentono” il campo magnetico
variabile generato dal disco in caduta e quindi al loro interno si
generano correnti parassite. Tali correnti, a loro volta, producono un
campo magnetico di reazione, che si oppone alla caduta del
magnete. Questa caduta risulta, perciò, rallentata rispetto a quella
del plexiglas che non ha natura magnetica.
Lo sapevi che…
Questo principio viene sfruttato nella frenatura dei treni. Durante la
frenata un campo magnetico genera correnti parassite nella ruota
metallica, le quali producono il campo di reazione che contribuisce
a frenare la ruota.
(45)
E L E T T R I C I T Á E M AG N E T I S M O
PULCI ELETTRICHE
Cosa fare e cosa notare
Sul tavolo è collocata una scatola quadrata, chiusa da una lastra trasparente di plexiglas e riempita di trucioli
di piccole dimensioni. Strofinando vigorosamente il plexiglas con un panno di lana, si osserva la “danza
delle pulci”: i trucioli iniziano a saltare, passando ripetutamente dal fondo alla lastra di plexiglas
e viceversa.
Noterai che alcuni trucioli restano attaccati alla lastra: li si può far cadere semplicemente toccando il
plexiglas con un dito.
Cosa accade?
Strofinandolo vigorosamente col panno di lana si riesce a "strappare" cariche elettriche negative alla
lana e a depositarle sul plexiglas. Poiché il plexiglas è un cattivo conduttore, la carica resta localizzata
dove è stata depositata.
Le cariche positive presenti in ogni truciolo nella zona sottostante a quella strofinata si spostano
verso la parte alta del truciolo e le negative verso il basso. L’attrazione tra la carica negativa della
lastra e quelle positive alla sommità dei trucioli può diventare talmente intensa da vincere la forza di
gravità, consentendo al truciolo di saltare verso la lastra. Una volta toccata la lastra, la “pulce” cede
la sua carica positiva e cade.
Quando tocchiamo la lastra di plexiglas scarichiamo la carica accumulata verso il terreno,
comportandoci da "buoni conduttori".
Lo sapevi che…
L'accumulo di carica elettrostatica è responsabile delle scossettine che si avvertono, a volte, toccando
la carrozzeria di un'automobile.
(46)
E L E T T R I C I T Á E M AG N E T I S M O
TRASFORMATORE
Cosa fare e cosa notare
I due avvolgimenti di rame sui supporti di plexiglas fanno parte di due circuiti elettrici separati: quello
di sinistra è collegato alla rete elettrica e vi si può far circolare corrente agendo sulla manopola. La
bobina di destra, invece, non è alimentata. In entrambi i circuiti è inserito uno strumento per misurare
la corrente (amperometro).
Avvicina i due supporti di plexiglas e muovi la manopola, aumentando via via la corrente che circola
nella bobina di sinistra (indicata dall’amperometro sinistro). Osserva l’amperometro a destra: noterai
che misura una corrente. L’amperometro destro non misura più nulla quando la manopola viene
bloccata, cioè quando la corrente nella bobina a sinistra è costante. Muovi ora velocemente la
manopola avanti e indietro: provocherai un’oscillazione della freccia dell’amperometro a destra.
Tenendo, ora, ferma la manopola in una posizione fissa, prova a muovere velocemente la bobina
destra: noterai anche in questo caso l’oscillazione della freccia dell’amperometro destro.
Prendi, infine, una delle calamite appoggiate al tavolo e inseriscila all’interno della bobina destra:
noterai che la corrente sarà nulla fin quando la calamita resta ferma, mentre muovendola potrai
ancora una volta osservare il passaggio di corrente.
Cosa accade?
La corrente che circola nella bobina di sinistra produce un campo magnetico che invade lo spazio
circostante. La variazione temporale di questo campo magnetico induce nella bobina a destra una
corrente, letta dall’amperometro destro. Questa corrente indotta nella bobina destra è tanto maggiore
quanto più rapida è la variazione del campo magnetico prodotto dalla bobina di sinistra. Questa
variazione può essere ottenuta modificando la corrente nella bobina sinistra (muovendo velocemente
la manopola), oppure variando la posizione reciproca delle due bobine.
Questo fenomeno è noto come induzione elettromagnetica ed è alla base del funzionamento delle
macchine elettriche: nel trasformatore, ad esempio, viene alimentato un avvolgimento (primario) con
una corrente alternata in modo da indurre una corrente alternata in un secondo avvolgimento
(secondario). Il rapporto tra le correnti elettriche di primario e secondario è, in prima
approssimazione, legato solo al rapporto tra il numero di avvolgimenti al primario e al secondario.
Lo sapevi che…
Nel “caricabatteria” del tuo
cellulare
c’è
un
trasformatore che abbassa
la tensione dai 230 Volt
della rete elettrica ai circa 5
Volt richiesti dal circuito di
ricarica della batteria.
(47)
A R I A , AC Q UA E S U O N O
BOLLE DI SAPONE
Cosa fare e cosa notare
Hai a disposizione alcuni telai di ferro che riproducono modelli di note figure geometriche (cubo,
elica, etc..) e due vaschette contenenti acqua saponata. Immergi uno di questi telai nell'acqua
saponata ed estrailo delicatamente. Potrai osservare le meravigliose forme assunte dalla pellicola di
sapone che si adagia su di esso. Osserva inoltre come sono brillanti i colori della pellicola.
Muovi il telaio con un ampio gesto del braccio, facendo in modo che la pellicola si chiuda su se
stessa, producendo una o più bolle sferiche che lasciano il telaio. In particolari condizioni e con un
po’ di destrezza puoi anche ottenere una bolla di forma molto allungata, come quelle che si vedono
in alcuni spettacoli televisivi.
Cosa accade?
Come per le comunissime bolle di sapone, la pellicola di sapone che si adagia alla struttura
geometrica si crea per effetto dell’esistenza di una forza di coesione tra le molecole d'acqua,
fenomeno che va sotto il nome di tensione superficiale. È la stessa forza responsabile della creazione
di quella sottile pellicola sul pelo dell’acqua di uno stagno, sulla quale alcuni insetti particolarmente
leggeri riescono addirittura a camminare.
Quando si formano le bolle di sapone, la pellicola di acqua assume la forma geometrica che rende
minima l’area occupata, situazione a cui corrisponde la minima energia. In aria la forma che
minimizza l’area è la sfera (le classiche bolle di sapone, così come le gocce d’acqua, sono appunto
sferiche). Quando la pellicola si forma su una struttura geometrica, la forma che assumerà dipenderà dal
telaio usato. In realtà essendo questi telai delle strutture complesse, esiste più di una forma per la bolla
di sapone che vi si adagia, come puoi osservare rifacendo più volte l’esperimento con lo stesso telaio.
Lo sapevi che…
Le pellicole d’acqua si rompono
velocemente se l’acqua è pura, a
causa dell’elevata tensione
superficiale. Il sapone (detto
anche “tensioattivo”) serve
appunto a ridurre la tensione e
quindi ad “allungare” la vita alle
bolle.
(48)
A R I A , AC Q UA E S U O N O
CANNONE AD ARIA
Cosa fare e cosa notare
Un flusso d’aria molto potente fuoriesce da questo cannone, che si può inclinare con la manovella che trovi
in basso. Accendi la ventola premendo il pulsante in basso a sinistra e, tenendo il cannone in verticale, lancia
il pallone da spiaggia sulla bocca del cannone. Noterai che il pallone resterà sospeso in aria, imprigionato
dal flusso dell’aria che proviene dal cannone. Questa posizione è di equilibrio stabile: se disturbi il pallone
con la mano (senza ovviamente eccedere) questo tenderà a rimettersi nella posizione precedente.
Prova ora ad inclinare il cannone agendo sulla manovella: il pallone resterà sospeso anche con il cannone
inclinato, fino a un certo grado di inclinazione oltre il quale prevarrà la forza di gravità che farà cadere a
terra la palla.
Cosa accade?
Il fatto che il pallone venga spinto verso l'alto significa chiaramente che la pressione al di sotto del pallone
è maggiore della pressione al di sopra. Più intrigante è la spiegazione della stabilità di questa situazione,
che chiama in causa un noto principio del moto dei fluidi (fluidodinamica), enunciato dal fisico svizzero
Bernouilli: quando un fluido è in movimento le parti che scorrono più veloci hanno minore pressione.
Quando il pallone viene spostato, anche leggermente, rispetto alla posizione “centrale”, ad esempio
a destra, sul lato sinistro la velocità aumenta, essendo più vicino al centro della bocca del cannone.
Nasce quindi una differenza di pressione tra il lato sinistro ed il lato destro, che richiama la pallina
verso l'asse stesso. Allo stesso modo, quando il cannone è inclinato la forza di gravità farebbe
spostare il pallone in basso, ma la differenza di pressione tra il lato in basso e quello in alto richiama
il pallone verso l’alto, compensando la gravità.
Lo sapevi che…
È proprio la differenza di
pressione tra la parte
superiore di un aereo e la
sua parte inferiore a farlo
volare. Questa differenza
è ottenuta facendo sì che
l’aria scorra a velocità
maggiore sopra l’aereo e
minore al di sotto, grazie
ad un opportuno profilo
dell’aereo, in particolare
delle ali.
(49)
A R I A , AC Q UA E S U O N O
IL DIAVOLETTO DI CARTESIO
Cosa fare e cosa notare
Nella bottiglia di plastica grande che hai di fronte è immersa una bottiglietta capovolta che
scherzosamente chiameremo diavoletto (così era tradizionalmente chiamato l’oggetto in movimento
negli esperimenti di Fisica). Osservando bene la bottiglietta noterai che è riempita d’acqua fino ad un
certo livello.
Stringi la bottiglia di plastica e nota che il diavoletto scende a una certa profondità. Poi allenta la
stretta e nota che l’oggetto risale immediatamente. Premendo con una intensità variabile ti renderai
conto facilmente che puoi determinare a tuo piacere la profondità dell’immersione. Nota che il livello
dell’immersione dipende dal livello di riempimento del diavoletto.
Cosa accade?
Come saprai si deve al filosofo siracusano Archimede il principio che spiega che il galleggiamento di
un oggetto è dovuto alla spinta idrostatica (detta appunto “spinta di Archimede”) che riceve dal
fluido in cui è immerso. Questa spinta è uguale al peso del volume del fluido che viene spostato: un
oggetto galleggia in acqua se il suo peso è minore o uguale al peso dell’acqua che esso stesso ha
spostato.
Il nostro diavoletto sposta un volume d’acqua pari al volume della bottiglietta, meno la parte di collo
immersa in acqua. In condizioni di riposo questo è sufficiente a ricevere una spinta tale da
galleggiare. Quando premi sulle pareti di plastica, essendo l’acqua incomprimibile, si produce un
aumento di pressione in ogni punto all’interno della bottiglia, compreso il pelo d’acqua nel collo del
diavoletto. Quando questo livello sale diminuisce il volume spostato dalla bottiglietta e quindi
diminuisce la spinta che riceve dall’acqua, finché questa non è più sufficiente a tenerla a galla.
Lo sapevi che…
Nei sommergibili si sfrutta lo
stesso
principio:
basta
imbarcare
acqua
per
immergersi ed espellere acqua
per emergere.
(50)
A R I A , AC Q UA E S U O N O
IL FLAUTO DI PAN
Cosa fare e cosa notare
Prova ad appoggiare l'orecchio sulla parte inferiore di ciascun tubo e ascolta. Noterai che tubi di differenti
lunghezze producono suoni diversi: i tubi più corti amplificano i suoni più acuti (gli “alti”), mentre quelli
più lunghi evidenziano i suoni gravi (i “bassi”). L'effetto sarà più evidente se sposti l'orecchio in rapida
successione da un tubo all'altro.
Nota in che modo cambia il suono quando l'orecchio aderisce completamente all'estremità del tubo: i suoni
sembrano diventare leggermente più gravi.
Cosa accade?
Il rumore di fondo in questa sala è composto da tante tonalità: normalmente l’orecchio non sarebbe in
grado di separarle, cosa che invece si riesce a fare usando questi tubi.
Quello che noi chiamiamo suono è un’onda, una vibrazione, che si sposta attraverso l'aria, alternando zone
a pressione più alta a zone a pressione più bassa. Misurando con che velocità si alternano nel tempo le zone
di alta e bassa pressione si può calcolare la cosiddetta frequenza dell’onda. La differenza di tonalità dei suoni
è dovuta proprio alla loro diversa frequenza: le alte frequenze corrispondono ai toni acuti, le basse a quelli
gravi. Misurando invece lo spazio percorso da un’onda acustica in un tempo pari a quello di una vibrazione
completa si ottiene la cosiddetta lunghezza d’onda, che quindi sarà maggiore per i toni a bassa frequenza
(quelli, cioè, più lenti nel vibrare).
L’onda sonora entra dall’alto nei tubi, li percorre, subisce una riflessione all’estremità in basso e torna
indietro andando ad interferire con le onde che sopravvengono. Se la lunghezza del tubo è un
multiplo della lunghezza d’onda di un certo tono, quel tono viene esaltato da quel tubo, perché le
onde incidenti e quelle riflesse si sommano rinforzandosi (risonanza). I tubi più lunghi rinforzano i
toni con lunghezze d’onda maggiori, cioè quelli a frequenza più bassa (toni gravi), mentre accade
l’opposto per quelli più corti.
Allorché l'orecchio chiude come
un tappo l'estremità del tubo a
cui viene appoggiato, le
frequenze di risonanza diventano
ancora più basse. Le frequenze di
risonanza di un tubo chiuso a un
lato sono la metà di quelle del
tubo della stessa lunghezza,
lasciato aperto.
Lo sapevi che…
Le canne dell'organo hanno una
diversa lunghezza proprio perché
assolvono a questo compito di
"selezione" dei suoni.
(51)
A R I A , AC Q UA E S U O N O
IL SECCHIO DI NEWTON
Cosa fare e cosa notare
Poni in rotazione il secchio pieno d’acqua usando l’apposita manopola, girando prima lentamente e
poi velocemente. Osserva cosa accade al pelo dell’acqua mentre il secchio ruota: dalla situazione di
riposo iniziale in cui il profilo era piatto, passerai rapidamente ad una situazione in cui il profilo
descrive una curva che ha il livello minimo al centro del secchio ed il livello massimo in
corrispondenza delle sue pareti.
Cosa accade?
Durante la rotazione l'acqua assume quel profilo particolare per effetto della forza centrifuga, che
tende ad allontanare i corpi in rotazione dal centro della rotazione stessa (il centro del secchio, nel
nostro caso). Quindi, quando il secchio è in rotazione l'acqua tenderà ad allontanarsi dal centro del
secchio e a schiacciarsi lungo le pareti: questo effetto, combinato con la forza di gravità, fa assumere
all’acqua la forma detta paraboloide di rotazione.
Questo exhibit, all’apparenza molto semplice, riproduce un classico esperimento dibattuto per secoli
e proposto da Newton, il quale voleva con esso dimostrare l’esistenza di un sistema di riferimento
assoluto. Supponiamo che il secchio sia fermo e che tutto l'universo ruoti attorno a lui: l'acqua
rimane immobile o risente della forza centrifuga? Secondo Newton non essendoci forze applicate al
secchio l'acqua rimarrà ferma come il mare in calma piatta. La teoria della relatività ha oggi
completamente cancellato il concetto di riferimento assoluto.
Lo sapevi che…
La forza centrifuga viene sfruttata, ad esempio, nella
lavatrice di casa nostra, alla fine del lavaggio, per strizzare
i panni contro le pareti del cestello.
(52)
A R I A , AC Q UA E S U O N O
NOTE A MEMORIA
Cosa fare e cosa notare
Premendo il pulsante destro (nota di riferimento) ascolterai una nota che dovrai memorizzare e
cercare di ritrovare. Lascia il pulsante e ruota la manopola posta al centro del pannello: sentirai note
che variano con continuità. Quando ritieni di aver individuato la nota giusta, premi il pulsante sinistro
e leggi sul display il numero che vi appare. Se si tratta del numero 440, allora la tua memoria sonora
è perfetta!
Con la manopola ferma sul numero 440 premi il pulsante della nota di riferimento in modo da
ascoltare contemporaneamente le due note. Presta attenzione al suono che ascolti: è un suono
curioso, d'intensità pulsante. Ruotando leggermente la manopola ti accorgerai che le fluttuazioni
d'intensità aumenteranno o diminuiranno, a seconda del verso in cui la giri. Infine porta la manopola
sul numero 220 e sul numero 880. Cosa noti nelle note che ascolti in corrispondenza di questi
numeri?
Cosa accade?
Il suono è un’onda di pressione che si sposta attraverso l'aria, alternando zone a pressione più alta a zone
a pressione più bassa. Misurando con che velocità si alternano nel tempo le zone di alta e bassa pressione
si può calcolare la cosiddetta frequenza dell’onda. Due toni diversi sono suoni a frequenza diversa.
Il display visualizza la frequenza del suono che ascolti: la frequenza di 440 Hertz (numero di cicli al
secondo) corrisponde alla nota musicale LA della terza ottava del pianoforte. Raddoppiando la
frequenza (880 cicli) troverai la stessa nota musicale ma ad un’ottava superiore, mentre a 220 cicli
troverai il LA della seconda ottava.
Le fluttuazioni che ascolti quando si
sovrappongono due toni a frequenze molto vicine
tra loro sono dette battimenti: quando il numero
dei battimenti cresce troppo, circa 20 al secondo,
non si riesce più a distinguere una fluttuazione
sonora dall'altra. Le due note, in questo caso,
producono insieme un suono piuttosto sgradevole,
cioè una dissonanza.
Lo sapevi che…
Per legge: “…il suono di riferimento per
l'intonazione di base degli strumenti musicali è
la nota LA3, la cui altezza deve corrispondere
alla frequenza di 440 Hertz…”. Questa è la nota
che produce il diapason, strumento usato per
l’accordatura.
(53)
A R I A , AC Q UA E S U O N O
PELLICOLA COLORATA DI SAPONE
Cosa fare e cosa notare
In questo exhibit tirando la corda centrale puoi sollevare e abbassare un cilindro di plastica, libero di
scorrere lungo due guide laterali. Prima di iniziare controlla che il cilindro sia completamente
immerso nell’acqua saponata. Tira lentamente la corda sollevando il cilindro: con un po’ di
delicatezza riuscirai a produrre una pellicola di sapone gigante.
Prova a deformare la pellicola, ad esempio soffiando lievemente da una distanza di una decina di
centimetri. Prova poi a perforare la pellicola prima con la mano asciutta e poi con la mano bagnata
nell’acqua saponata. Nel primo caso la pellicola si rompe, mentre nel secondo, se sei delicato, riuscirai
a penetrare la pellicola e a deformarla senza romperla.
Osserva poi gli straordinari giochi di colore prodotti dalla luce che colpisce la pellicola.
Cosa accade?
Come accade in una comunissima goccia, le molecole di acqua vengono attratte da una forza di
coesione nota come tensione superficiale, formando una sottile pellicola. Questa forza è troppo
intensa nell’acqua pura e tende a rompere la pellicola nei punti in cui il suo spessore diminuisce. La
pellicola resiste più a lungo se all’acqua viene aggiunto del sapone, che è in grado di abbassare questa
tensione (e viene perciò detto tensioattivo). La forma di una pellicola d’acqua è quella che rende
minima l’area occupata: in assenza di vincoli questa forma è la sfera (le comuni bolle di sapone). Per
questo particolare telaio la forma della pellicola è una superficie piana: se provi a deformarla, la
pellicola tenderà a riportarsi a quella forma come farebbe una membrana vibrante sollecitata
dall’esterno.
Quando la luce colpisce la pellicola, le sue componenti si riflettono sulle due superfici (anteriore e
posteriore) della pellicola e interferiscono tra di loro in maniera costruttiva o distruttiva a seconda
dello spessore della pellicola e del colore della luce iniziale. Ad esempio se, in seguito alla riflessione,
viene eliminata la luce rossa, allora il colore risultante è frutto della scomparsa di questa componente
dallo spettro di luce bianca: vedremo una luce blu-verde. Siccome lo spessore della pellicola non è
uniforme e cambia continuamente
man mano che l’acqua fluisce, questi
effetti sono in continua evoluzione.
Lo sapevi che…
Il sapone e i detersivi sono usati per
eliminare lo sporco proprio perché
abbassano la tensione superficiale
dell’acqua e ne facilitano la
penetrazione nei tessuti da lavare.
(54)
E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
ARMONOGRAFO
Cosa fare e cosa notare
Al centro di questo exhibit troverai un grande tavolo sospeso, libero di oscillare in varie direzioni. Accanto
al tavolo c’è un supporto con un pennino ribaltabile. Sul tavolo c’è un’area bianca nella quale devi
posizionare un foglio di carta, magari bloccandolo con i pesi a disposizione. Avvicina il supporto in modo
che il pennino si trovi sopra il foglio, senza però abbassare il pennino stesso. Ora dai un delicato movimento
al tavolo e lascialo oscillare liberamente. Abbassa il pennino in modo che possa scrivere sul foglio e fai
attenzione a che nessuno tocchi il tavolo o le funi durante il moto.
Il pennino, seguendo le evoluzioni del tavolo, traccerà sulla carta un disegno molto intrigante, con traiettorie
che si ripetono nella forma e si smorzano col passare del tempo. Osserva attentamente le traiettorie
disegnate dal pennino: ci sono punti in cui il pennino torna ad ogni passaggio, mentre in altri tratti la
distanza tra due passaggi successivi è notevole.
Cosa accade?
Il moto registrato dal pennino è conseguenza della possibilità che ha il tavolo di oscillare in due
direzioni ortogonali (il lato corto e quello lungo) e dell’ulteriore possibile moto rotatorio provocato
dalla torsione delle funi. Più precisamente le figure sul foglio descrivono la composizione del moto
di due pendoli lineari e di un pendolo di torsione, ovviamente influenzata dalla spinta iniziale che
hai dato.
Con il passare del tempo le evoluzioni tracciate sulla carta si smorzano per effetto dell’attrito nei
punti di sospensione e con la penna stessa: per rallentare lo smorzamento e tracciare molte evoluzioni
prima che il tavolo si fermi si sfrutta l’inerzia del tavolo: maggiore è l’inerzia, più tempo impiegherà
per dissipare l’energia accumulata. Per questa ragione questo exhibit è stato realizzato con un tavolo
molto grande e di massa notevole: l’inerzia di un oggetto, infatti, cresce all’aumentare delle sue
dimensioni e della sua massa.
Lo sapevi che…
I grafici ottenuti dalla composizione
di pendoli sono anche detti “figure di
Lissajous”, dal nome del fisico
francese a cui si attribuiscono i primi
armonografi, nel XIX secolo.
(55)
E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
BOTTIGLIE RISONANTI
Cosa fare e cosa notare
Due bottiglie di plastica, piene di acqua, sono sospese ad una struttura realizzata con tubi di rame.
Prova a mettere in oscillazione una delle due bottiglie quando l’altra è ferma. Osserverai come, man
mano che si smorza il moto di oscillazione della bottiglia che hai mosso, l’altra bottiglia inizia ad
oscillare con la stessa frequenza della prima. L’ampiezza delle sue oscillazioni aumenta man mano
che si riduce quella delle oscillazioni della prima bottiglia, finché la prima bottiglia non si ferma e la
seconda arriva a compiere l’oscillazione di ampiezza massima. Da questo momento in poi, la seconda
bottiglia compirà oscillazioni minori, la prima si rimetterà in moto e così via. Questo
“palleggiamento” delle oscillazioni delle bottiglie non avrebbe fine se non fosse per l’attrito che
dissipa l’energia.
Cosa accade?
Le bottiglie sono pendoli risonanti, cioè sistemi che, posti in oscillazione, si scambiano energia grazie
al mezzo che li mette in comunicazione (la struttura di rame che, non essendo completamente rigida,
può trasmettere il moto). Lo scambio di energia tra questi due pendoli è efficace perché entrambi
hanno la stessa frequenza naturale di oscillazione.
Nei pendoli la frequenza di oscillazione è legata solo alla lunghezza del filo e non al loro peso: te ne
puoi rendere conto osservando che un’altalena oscilla sempre alla stessa frequenza anche se vi si
siedono persone dal peso molto diverso. Le due bottiglie, di uguale forma, sono sospese con fili della
stessa lunghezza, quindi sono pendoli con la stessa frequenza che possono scambiarsi energia tramite
il fenomeno descritto, che è noto come risonanza.
Lo sapevi che…
Mettendo vicini due diapason della stessa
nota musicale (quindi aventi la stessa
frequenza naturale) puoi farne vibrare uno e
accorgerti che presto anche l’altro vibrerà:
questa volta chi trasporta l’energia è l’aria,
mezzo attraverso cui si propaga l’onda
acustica.
(56)
E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
COMINCIA DA SOPRA
Cosa fare e cosa notare
Metti i blocchetti di legno uno sull'altro, in colonna, in modo da avere di fronte a te il loro lato più lungo.
Cerca di spostare i blocchetti in modo che quello più in alto si trovi ad essere completamente al di là dello
spigolo del blocchetto alla base della pila, come nella figura a lato. Nonostante l’apparente semplicità, ti
renderai subito conto che non è affatto facile raggiungere questo obiettivo…
Due suggerimenti: comincia da sopra e tieni conto che per raggiungere lo scopo lo spostamento di un
blocchetto non potrà mai essere uguale a quello del precedente. Verifica che quanto più numerosi sono i
pezzi, tanto più piccolo è lo spostamento che riesci a realizzare prima che essi, sbilanciandosi, si rovescino.
Sei in grado di fare lo stesso cominciando da sotto?
Cosa accade?
Ogni volta che muovi uno dei blocchetti non fai altro che cercare il centro di gravità di una pila
costituita dal blocchetto che muovi più quelli che stanno sopra. Per poter raggiungere lo scopo devi
seguire una precisa legge matematica: il primo blocchetto a partire dall’alto si deve muovere rispetto
al secondo di una distanza non maggiore di 1/2 della sua lunghezza, il secondo si muove rispetto al
terzo di 1/4 della sua lunghezza,
il terzo di 1/6 e così via. Il blocchetto che
occupa la posizione contrassegnata col
generico numero n si muoverà rispetto al
successivo di una distanza pari ad 1/2n volte
la sua lunghezza.
Lo sapevi che…
Nella Torre di Pisa l'inclinazione è di circa 5.5° e la settima cornice sporge rispetto alla prima di circa
4.5 metri.
(57)
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GARA IN DISCESA
Cosa fare e cosa notare
Hai a disposizione due ruote metalliche che hanno lo stesso peso e lo stesso raggio e che differiscono
solo per il modo in cui la massa è distribuita. Mettile entrambe in cima alla rampa e lasciale andare
contemporaneamente. Chi pensi che vincerà la gara? La vittoria andrà sempre alla ruota che ha la
sua massa distribuita prevalentemente sull'asse di rotazione.
Cosa accade?
Pur avendo le stesse dimensioni geometriche e lo stesso peso, le due ruote hanno una diversa
distribuzione della massa, che dà come risultato un diverso comportamento rispetto al moto di
“rotolamento” lungo il piano inclinato. Quando una ruota rotola ogni punto di essa si muove sia in
avanti sia intorno al centro.
L’inerzia di un oggetto è la sua tendenza a resistere alla variazione del moto: nel moto di rotolamento
lungo la rampa possiamo distinguere l’inerzia al moto rettilineo del centro di ciascuna ruota (inerzia
lineare) e l’inerzia alla rotazione intorno all’asse (inerzia angolare). Le ruote hanno la stessa massa
complessiva e quindi offrono la stessa inerzia lineare. L'inerzia angolare, tuttavia, è diversa in quanto
i punti che sono più vicini al centro, quando ruotano, compiono circonferenze di raggio minore,
mentre i punti più vicini all’orlo della ruota devono percorrere più spazio poiché si muovono su
circonferenze più grandi. Se una ruota ha un orlo pesante, gran parte della massa deve compiere una
circonferenza di raggio maggiore, mentre se ha un “mozzo” pesante il percorso che compie la gran
parte della massa sarà più breve.
Lo sapevi che…
Questo principio è alla base della concezione delle ruote
in lega leggera, nelle quali la massa sull’orlo è minima e
quindi è minima l’inerzia angolare.
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E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
GIROSCOPIO
Cosa fare e cosa notare
Sposta il cilindretto mobile al centro dell’asse del giroscopio e metti in rapida rotazione entrambe le ruote
nello stesso verso. Se il moto è disordinato, aggiusta lievemente con le mani l’asse del giroscopio in modo
che questo punti in una direzione fissata. Adesso prova a muovere il tavolo sottostante, facendolo ruotare
su se stesso o spostandolo di lato. Noterai che l’asse di rotazione del giroscopio conserva lo stesso
orientamento.
Dai ora dei colpettini sulla barra orizzontale: l’asse è abbastanza insensibile a questa azione se le ruote
girano sufficientemente veloci. Il moto di tremolio che osservi si chiama nutazione.
Sposta ora il cilindretto dalla posizione centrale: noterai che il giroscopio comincia a ruotare intorno al suo
asse verticale. Questo moto si chiama precessione.
Rimetti in moto le ruote, stavolta con versi opposti. Questa volta il giroscopio si comporta come se fosse
fermo e non si osserva più il fenomeno della conservazione dell’asse di rotazione.
Cosa accade?
Le masse metalliche in rotazione posseggono una considerevole quantità di moto rotatorio (momento
angolare) e per questo tendono a mantenere l’asse di rotazione nella posizione in cui è stato
inizialmente messo (legge di conservazione del momento angolare). Tanto maggiore è la quantità di
moto rotatorio di un corpo tanto maggiore deve essere l’azione torcente (coppia di forze) per
cambiare l’asse di rotazione.
Gli spostamenti del tavolo e la forza di gravità (quando il cilindretto è nella posizione centrale)
producono forze applicate vicino al centro geometrico del giroscopio (baricentro) e per questo motivo
non possono fornire sufficienti azioni torcenti per modificare l’asse di rotazione. Piccole azioni
torcenti possono essere ottenute muovendo il cilindretto lontano dalla posizione centrale o toccando
l’asse del giroscopio. In questo modo si osservano i moti di nutazione e precessione. La quantità di
moto rotatorio dipende dal verso di rotazione e se le ruote vengono fatte girare in senso opposto le
loro quantità di moto rotatorio si
neutralizzano.
Lo sapevi che…
Per la loro proprietà di conservare
l’asse di rotazione i giroscopi sono
utilizzati per il puntamento della
direzione negli aerei, nelle navi e
nei missili.
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E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
IL PICCOLO CONTRO IL GRANDE
Cosa fare e cosa notare
Hai a disposizione una corda ai cui estremi sono attaccati due oggetti, uno più pesante e l’altro più
leggero. La corda poggia su un perno di ferro, in modo che l’oggetto pesante è sospeso in aria,
mentre quello leggero è bloccato da un fermo.
Rimuovi delicatamente l’oggetto leggero dal fermo e lascialo andare: contrariamente a quel che ti
aspetti, l’oggetto pesante non cadrà ma sarà bloccato nella sua caduta dall’oggetto leggero che si
attorciglia intorno al perno di ferro.
Cosa accade?
L’oggetto pesante, cadendo, percorre una traiettoria verticale rettilinea, mentre quello leggero,
vincolato dalla corda, cade con una traiettoria curvilinea a spirale. Questa particolare traiettoria
dipende dal fatto che la lunghezza della corda tra l’oggetto leggero e il perno si riduce
progressivamente, trainata dalla caduta dell’oggetto pesante.
L’oggetto leggero, raggiunti i punti più bassi della sua traiettoria a spirale, continua per inerzia la sua
corsa verso l’alto, come farebbe un pendolo, ed essendosi accorciato il raggio rispetto a quello
iniziale, riesce a girare intorno al perno attorcigliandosi. La forza centrifuga dell’oggetto leggero
arresta la corsa di quello pesante e, successivamente, l’attrito che si genera tra la corda ed il perno
ne impedisce la caduta.
Lo sapevi che…
A volte quando l’oggetto leggero finisce di ruotare batte elasticamente sul perno e torna a ruotare in
senso inverso, srotolando la corda. L’attrito in questo modo diminuisce e l’oggetto pesante cade.
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E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
LE RUOTE QUADRATE
Cosa fare e cosa notare
Sul tavolo sagomato troverai una ruota quadrata. Metti la ruota sul blocco di partenza in alto e spingila
verso il percorso ondulato: vedrai la ruota quadrata …. rotolare!
Nota come il moto di rotolamento ricordi in tutto e per tutto il moto delle classiche ruote circolari. Se poni
attenzione ti accorgerai facilmente che l’asse della ruota si mantiene ad un’altezza costante.
Cerca ora di mettere in equilibrio la ruota inserendo uno spigolo in uno degli angoli del percorso e poi dai
una leggera spinta verso un lato o l’altro: noterai che la ruota resta in equilibrio in tutte le posizioni.
Cosa accade?
La sagoma del percorso non è ovviamente casuale, ma è stata studiata in modo che il centro di
gravità della ruota durante il suo moto si trovi sempre sopra il punto in cui il quadrato tocca il
percorso, esattamente come accade ad una ruota che rotola su un percorso piano. Questo vuol dire
che la ruota è sempre in equilibrio (né cade, né sale): il suo centro di gravità rimane sempre alla stessa
altezza. Per ottenere questo risultato, la sagoma del percorso deve essere realizzata con tratti di una
curva matematica detta catenaria.
Su un tracciato opportunamente sagomato si possono far rotolare facilmente un gran numero di
ruote di differenti forme. Tutti i poligoni regolari rotolano tranquillamente su una serie di archi di
catenaria, se questi hanno le giuste dimensioni. In particolare, nel nostro caso, un quadrato di
dimensioni diverse non potrebbe ruotare perché la lunghezza dell’arco dell’elemento del tracciato
deve essere uguale alla lunghezza del lato del quadrato. Ruote triangolari non funzioneranno mai
perché gli angoli restano intrappolati negli avvallamenti.
Lo sapevi che…
L’arco di catenaria è la curva
descritta da una catena (o da
una fune pesante) sospesa
alle due estremità: sono archi
di catenaria, ad esempio, le
curve descritte dai cavi
elettrici sospesi tra due
tralicci.
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E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
PRECESSIONE DELLA RUOTA
Cosa fare e cosa notare
Prendi una delle ruote di bicicletta dal supporto, reggendola per i manici. Se la ruota è ferma non
avrai nessuna difficoltà a muoverla, ma se la metti in rapida rotazione intorno al suo asse reggendola
per un manico ti accorgerai che ora non è più così facile spostarla.
Con la ruota in rotazione, infila uno dei suoi manici nella fascetta di cuoio appesa al supporto: la
ruota non cadrà finché continuerà a girare su se stessa, ma man mano che cede energia il suo asse
si inclina e il suo manico libero tende a cadere. Prova a mettere in moto la ruota variando la posizione
iniziale del manico e nota che, quando questo è quasi verticale, la ruota tende a salire invece che a
cadere subito.
Cosa accade?
Tutti gli oggetti, una volta posti in rotazione, tendono a conservare l’asse di rotazione (conservazione
del momento angolare) e la tendenza ad opporsi ad ogni variazione del loro moto (detta inerzia) è
tanto maggiore quanto più veloce è la rotazione. Quando la ruota è ferma non c’è rotazione e quindi
non c’è "nulla" da conservare: ogni azione compiuta su di essa non trova impedimenti. Quando
invece la metti in rotazione, la forza che ti ostacola è proprio dovuta all’inerzia della ruota in
movimento, che si oppone ad ogni movimento che ne sposta l’asse di rotazione.
Quando la ruota, messa in rotazione, viene appesa con un solo manico alla fascetta, la forza di
gravità tende a farla cadere. La ruota resisterà tanto più a lungo alla forza di gravità quanto più è
veloce la rotazione iniziale: l’inerzia della ruota, infatti, dipende sia dalla massa, sia da come questa
massa è distribuita e sia dalla velocità di rotazione.
Lo sapevi che…
Il volano è un disco molto
pesante applicato all’albero di
un’automobile che, una volta
in rotazione, cede energia
molto lentamente e regolarizza
la rotazione dell’albero in
corrispondenza dei punti morti
del motore.
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E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
RUOTA DI BICICLETTA GIROSCOPICA
Cosa fare e cosa notare
Siediti sullo sgabello, togli i piedi dalla pedana e osserva che lo sgabello può ruotare con poco attrito intorno
al suo asse verticale. Chiedi a qualcuno di mettere in rapida rotazione una delle ruote di bicicletta poste nel
loro supporto, e fattela dare mentre è in rotazione in modo da reggerla con le mani (usa i manici predisposti).
Fai attenzione a non frenare la rotazione della ruota.
Ora prova ad inclinare velocemente l'asse della ruota verso una direzione: avvertirai una forza che ti farà
ruotare con lo sgabello in una certa direzione. Se provi ora ad inclinare la ruota nel verso opposto, ti
accorgerai che lo sgabello ruoterà nella direzione opposta.
Riponi la ruota e mettiti in rotazione sullo sgabello. Prova a girare prima allargando braccia e gambe e poi
rannicchiandoti il più possibile intorno al tuo asse (avvicinando mani e piedi al busto): nel secondo caso
noterai un evidente aumento della velocità di rotazione.
Cosa accade?
Quando si cerca di far cambiare la direzione dell’asse di rotazione di un qualunque oggetto si
sperimenta una reazione che tende ad opporsi a questo cambiamento (conservazione del momento
angolare). La reazione che l'oggetto oppone ad ogni tentativo di cambiarne l'asse di rotazione sarà
tanto più intensa quanto più rapida è la rotazione oppure quanto più grande è l'inerzia alle rotazioni
dell'oggetto stesso. Questa inerzia può essere aumentata allontanando le masse dell'oggetto dall'asse
di rotazione.
Questo principio di conservazione, benché poco noto, è in realtà sotto gli occhi di tutti in numerose
applicazioni pratiche quotidiane: lo sfruttano, ad esempio, i pattinatori sul ghiaccio, che si
rannicchiano quando vogliono aumentare la loro velocità di rotazione.
Lo sapevi che…
E’ più facile stare in equilibrio su
una bici in moto piuttosto che su
una ferma, proprio perché
quando le ruote girano tendono
a conservare il loro asse di
rotazione.
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E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
STECCA IN EQUILIBRIO
Cosa fare e cosa notare
La stecca a disposizione è dotata di un cilindro mobile che può essere spostato in qualsiasi posizione
della stecca stessa. Cerca di reggere la stecca sulla punta di un dito senza farla cadere.
Prova a mantenerla in equilibrio sia quando il cilindro è in alto, sia quando lo sposti in basso: ti
accorgerai, non senza una certa sorpresa, che è più semplice reggere la stecca quando il peso è nel
punto più in alto!
Cosa accade?
Per mantenere la stecca in equilibrio devi reagire con prontezza alle inclinazioni che essa subisce, per
effetto della forza di gravità. La stecca per cadere deve ruotare intorno al perno fornito dal nostro
dito: la sua rotazione sarà più o meno veloce a seconda dell’inerzia, cioè della resistenza alla
rotazione che offre la stecca stessa.
Quando il peso è in alto la stecca ha una grande inerzia alle rotazioni e quindi tende a inclinarsi più
lentamente, rendendoci più agevole il compito di bilanciare il suo movimento e mantenere
l’equilibrio. Quando invece il peso è in basso la sua inerzia alla rotazione diminuisce e accade
l’opposto.
Lo sapevi che…
I giocolieri tengono in equilibrio dei piatti su bastoni lunghi: contrariamente a quel che ci
direbbe l’intuito, tanto più lungo è il bastone, tanto più semplice è il compito del giocoliere.
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E Q U I L I B R I O E M O V I M E N TO
URTO ELASTICO
Cosa fare e cosa notare
Sei sfere d’acciaio sono libere di oscillare, sospese con cavi metallici alla struttura. Divertiti a far oscillare
questi pendoli, sollevando le palline estreme e lasciandole cadere, facendole urtare tra di loro.
Cosa noti quando lanci una sola pallina? E quando ne lanci due, tre e così via?
Cosa accade?
Se lanci una sola pallina questa urterà la pallina più vicina, ma l’unica pallina a muoversi sarà l’ultima
della fila. Questo fenomeno è conseguenza di un urto elastico. Nell’urto tra due palline si conserva
la quantità di moto che si ottiene moltiplicando la massa per la velocità. Un urto nel quale si conserva
anche l’energia associata al movimento (energia cinetica) si dice elastico. Un urto invece è anelastico
quando una parte o tutta l’energia cinetica si trasforma (ad esempio viene dissipata per deformare
gli oggetti che si urtano). Nel nostro caso le palline di acciaio sono indeformabili, l’urto è elastico e
quindi si conserva sia la quantità di moto che l’energia cinetica.
Per effetto di queste due leggi di conservazione, due palline che si urtano si scambiano le velocità:
la prima si ferma e la seconda riparte con una velocità identica a quella della prima. Se le palline si
muovono lungo una stessa retta, come in questo caso, questo urto si propaga fino all’estremità
opposta, mettendo in moto l’ultima pallina, che è libera di oscillare. Lanciando contemporaneamente
due palline vedremo che il moto si trasferisce alle due ultime palline dal lato opposto, perché abbiamo
raddoppiato la quantità di moto.
Lo sapevi che…
Questo exhibit, di cui è diffusissima la versione giocattolo, è noto come “pendolo di Newton”, sebbene
in realtà sia stato ideato dal fisico inglese Hooke per una dimostrazione alla Royal Society nel 1666.
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Si ringraziano gli sponsor: