Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Onde
Concetti
1) trasferimento di energia
perturbazione sonora
Attività
1) Le monete in fila
2) L’acchiapparaggi
3) Lo gnomone origami
4) La moneta di Tolomeo
5) Il disco di Newton
6) I raggi infrarossi
1) Urtare per propagare
suoni
2) Catturare la luce
3) Misurare l’ombra
4) Apparire e scomparire
5) Comporre i colori
6) Irradiare
V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento di Fisica Sperimentale, Università di Torino
“S.I.S. – Indirizzo Scienze Naturali e Indirizzo Fisico - Matematico - A. A. 2006 – 2007”
2) concetto di “raggio”
propagazione della luce
inclinazione dei raggi
3) propagazione della luce
solido d’ombra
4) mezzi opachi e trasparenti
propagazione della luce nei mezzi
trasparenti
5) il colore della luce e degli oggetti
lo spettro visibile
6) La radiazione invisibile
l’energia radiante
Onde - 1
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Onde
Consegna: tutto quello che si può fare con tubi di cartone, bacchette, metro a nastro, monete
Occhiello suono
Propagazione del suono:
•Il suono è energia che viaggia dalla sorgente che lo emette al rivelatore che lo riceve.
•Nella sorgente c’è sempre qualche cosa che vibra e l’energia di moto delle parti dell’oggetto che vibrano si trasforma in
energia sonora che viaggia liberamente anche a grande distanza
•Ciò che viaggia in un segnale sonoro non è niente di materiale, ma è soltanto una vibrazione
•La velocità di propagazione dipende dal mezzo.
Occhiello luce
Come viaggia la luce
• i raggi di luce viaggiano in linea retta dalla sorgente all’oggetto illuminato.
• i raggi sono paralleli se la sorgente è molto distante, come il Sole, sono invece divergenti se la sorgente è vicina, come una
lampadina.
Le ombre
• dietro un oggetto opaco, illuminato dalla luce proveniente da una sorgente, si forma un'ombra la cui forma riproduce la
forma dell'oggetto.
• la lunghezza dell'ombra è tanto maggiore quanto più alto è l'oggetto che la produce e dipende dall'inclinazione dei raggi.
Gli oggetti che si lasciano attraversare dalla luce
- gli oggetti trasparenti sono quelli che si lasciano attraversare dalla luce senza bloccarla.
- quando il raggio di luce passa dall’aria a un altro mezzo trasparente più denso, la sua direzione cambia e si avvicina di più
alla direzione della retta perpendicolare alla superficie di separazione. Per questo motivo, gli oggetti immersi in acqua
appaiono “spezzati” nel punto di immersione, per cui il fenomeno viene chiamato “rifrazione”.
Onde - 2
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Raggi e immagini
Legge della rifrazione (di Snell)
ni= indice di rifrazione del mezzo in cui
viaggia il raggio incidente
nr= indice di rifrazione del mezzo in cui
viaggia il raggio rifratto
sen i nr

sen r ni
OH OP sen i nr


OK OQ sen r ni
i
Costruzione grafica:
- si traccia un cerchio con centro nel punto di
impatto e raggio OP arbitrario,
- dall’intercetta P sul raggio incidente si traccia la
perpendicolare PH alla superficie di separazione,
- dal lato del raggio rifratto si individua il punto K
tale che OH/OK = nr/ni,
- si traccia la perpendicolare fino a intercettare il
cerchio nel punto Q,
- la direzione OQ è quella del raggio rifratto.
P
K
O
H
r
Q
Onde- 3
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Le monete in fila
Oggetti: alcune monete dello stesso valore e di valori diversi, una pentolina di acciaio inossidabile, plastilina, nastro adesivo
Attività:
•mettere in fila su un tavolo due monete una a contatto con l’altra. Lanciare con un pizzicotto la prima moneta contro
la seconda; si vedrà che l’ultima moneta si stacca e parte;
•ripetere la prova bloccando con del nastro adesivo la seconda moneta: si vedrà che, anche con la moneta bloccata,
l’impulso si trasmette fino alla seconda e la fa partire;
•ripetere la prova con la prima moneta appesantita con due monete (dello stesso valore) e la seconda scarica;
•usare ora la moneta scarica contro quella ferma e appesantita di altre monete;
•lanciare una moneta contro la pentolina;
•ripetere anche la prima prova dopo aver messo un sottilissimo strato di plastilina fra la due monete: quando si
lancerà contro la prima moneta, si vedrà che la seconda moneta non parte più. Provando poi con la pentolina in
fondo, non si sentirà più lo schiocco sonoro
•ripetere i lanci con l’altra serie di monete
Concetti:
• onda sonora che viaggia nei solidi;
• ciò che viaggia non trasporta materia, ma solo energia e quantità di moto.
Attacco (spunti e continuità):
analisi di giochi e giocattoli in cui
avvengono urti
Riferimenti:
Aspetti didattici:
- le proprietà dell’energia; trasferimenti di energia; energia cinetica
- A.A.V.V.- Dimmi come funziona – Edizioni
“Il Saggiatore”, 1972
- www.iapht.unito.it
Onde-4a
Le monete in fila
D
La fisica:
• quando la moneta A, che è in moto, urta la moneta B che è ferma e bloccata, l’energia di moto della
moneta A si trasferisce alla moneta B, trasformandosi però in energia di vibrazione elastica che
viaggia come un’onda sonora all’interno della moneta.
• in modo analogo, l’onda passa dalla moneta B alla moneta C e alla D, fino a quando trova una
moneta libera di muoversi, nel qual caso l’energia sonora si trasforma nuovamente in energia di
moto.
• se alla fine della catena di monete si trova un oggetto di metallo pesante, come una scatola metallica,
che amplifica il suono, l’energia sonora viene trasmessa all’aria e percepita nettamente.
• mettendo della plastilina fra una moneta e l’altra si blocca il passaggio dell’onda, perché la plastilina
non è elastica.
C
B
A
Contesto:
- la conduzione dell’attività a livello ludico e qualitativo è fattibile a tutte le età scolari, fin dalla scuola
primaria
- le considerazioni circa le diverse forme dell’energia e le relative trasformazioni possono essere condotte a
partire dalla prima media (o anche dal secondo ciclo della scuola elementare).
Onde-4b
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
L’acchiapparaggi
Oggetti: alcuni tubi di cartone che si possano impugnare facilmente,
fogli di carta che si possano arrotolare, cannucce da bibita, stecchini
da spiedino, filo, pongo, fotocopia su carta di un goniometro
Attività:
• puntare il tubo verso la sorgente di luce (meglio usare inizialmente il Sole, perché la luce è più
intensa e i raggi sono ben collimati)
•orientarlo fino a quando, per tentativi, si vede nitidamente lo spot luminoso
•fissare allo stecchino il goniometro di carta e appendere al centro un pezzetto di filo con
all’estremo una pallina di pongo che fungerà da “filo a piombo”
•fissare lo stecchino attrezzato col goniometro al tubo “acchiapparaggi”, orientare il tubo in modo
da acchiappare il raggio e leggere l’inclinazione
•se si sta puntando verso il Sole verificare il parallelismo dei raggi
•ripetere la misura in diverse ore della giornata e correlare l’inclinazione con la posizione del
Sole nel cielo
•se si sta puntando verso una lampada, verificare che l’inclinazione varia con la posizione rispetto
alla lampada
Concetti:
Attacco (spunti e continuità):
-geografia astronomica
- geometria piana
Sicurezza
Attenzione: MAI fissare il Sole a
occhi nudo!
•i raggi luminosi viaggiano lungo una direzione ben precisa
•l’inclinazione dei raggi luminosi provenienti dal Sole porta informazione sulla posizione del
Sole nel cielo
•i raggi solari viaggiano in direzione parallela, perché la sorgente è molto lontana
•i raggi provenienti da una lampada divergono, perché la sorgente è vicina
Aspetti didattici:
• il concetto di raggio luminoso
• il parallelismo dei raggi luminosi provenienti dal Sole
Riferimenti:
- G. Meraviglia – La scienza in altalena –
Schede di giochi e scienza - Editoriale
Scienza, Trieste, 1999
- www.iapht.unito.it
- www.funsci.com
Dove e quando
- preferibilmente l’esperimento si dovrebbe svolgere nel cortile o nel giardino della scuola, in un punto
ben illuminato dal sole e possibilmente lontano da alti edifici
Onde-5a
L’acchiapparaggi
La fisica:
• i raggi luminosi sono emessi in tutte le direzioni;
• tuttavia i raggi che, provenendo dalla sorgente, arrivano in un certo
punto dello schermo viaggiano in una direzione ben precisa;
• l’inclinazione dei raggi luminosi provenienti dal Sole è l’angolo  che il
fascio di raggi forma con la verticale;
• l’inclinazione dei raggi varia durante il giorno e con le stagioni;
• l’inclinazione è minima al mezzogiorno solare

Contesto:
- le considerazioni circa la direzione dei raggi solari possono essere condotte a partire dalla prima media (o
anche dal secondo ciclo della scuola elementare)
- osservazioni più impegnative vanno adattate alla classe e al momento, anche in previsione di un raccordo
con la scuola secondaria superiore
Onde-5b
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Lo gnomone “origami”
Oggetti: un foglio di carta da disegno, formato F4
Attività:
• costruire lo gnomone seguendo le istruzioni per tagli e piegature;
(allegate)
Concetti:
• dietro un oggetto opaco, illuminato dalla luce proveniente da una
sorgente, si forma un'ombra la cui forma riproduce la forma
dell'oggetto.
•la lunghezza dell'ombra è tanto maggiore quanto più alto è l'oggetto che
la produce e dipende dall'inclinazione dei raggi
Aspetti didattici:
• propagazione rettilinea della luce
• il solido d’ombra
Dove e quando:
- preferibilmente l’esperimento si dovrebbe svolgere nel cortile o nel
giardino della scuola, in un punto ben illuminato dal sole e
possibilmente lontano da alti edifici
Interdisciplinarietà e continuità:
• geografia astronomica
• geometria piana
• attività ludiche (giochi con le ombre)
Sicurezza
Attenzione: MAI fissare il Sole a occhio nudo!
Riferimenti:
- P. Mascheretti, Università di Pavia, Progetto ESP/A
- B. Knapp – Quanto misura? – Osservatorio, Editoriale
Scienza, Trieste, 1994
- S.M.S. “E. Fermi” di Burolo - Attività di Laboratorio
Scientifico
- www.iapht.unito.it
Onde – 6a
Lo gnomone origami (istruzioni)
1) Prendere un cartoncino
formato A4, fare due pieghe fra
di loro perpendicolari, come in
figura, e tagliare lungo il tratto
AB della piega più lunga.
2) Tagliare via due
"orecchie" a 45o circa
partendo da C.
3) Piegare lungo le rette
CD e CD' (è utile "sfibrare"
prima il cartoncino usando
il dorso di una forbice
guidata da una riga).
4) Chiudere "a scatoletta" l'una sull'altra le
due alette CDE e CD'E', incollarle e pinzarle.
Nel compiere questa operazione, le due facce
triangolari CBD e CBD' del futuro gnomone
ruotano attorno allo spigolo CB … e lo
gnomone prende forma (nella figura è visto
di dietro).
5) In questa figura lo gnomone è visto
dalla parte dello spigolo CB
6) Incollare le due ali BQRD e BQ'R'D' su un
cartoncino che formerà la base e chiuderà di
sotto lo gnomone. Mentre la colla asciuga, si
possono tenere uniti i cartoncini con delle
graffette. Alla fine, rifilare le eccedenze della
base e appoggiare lo gnomone su una base di
cartoncino più spesso
Onde-6b
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
La moneta di Tolomeo
Oggetti: una moneta, del pongo, un bastoncino da spiedini, una vaschetta non trasparente, un righello,
foglio di carta da lucidi con quadrettatura.
Attività:
• disporre uno strato di pongo sulla moneta
• puntare il bastoncino al centro, avvicinare la moneta al bordo della vaschetta, tenendola però a una
certa distanza e appoggiare lo stecchino al bordo
• mettere la vaschetta su un banco e chiedere a uno studente, che farà da “osservatore” (al lato del
banco in posizione tale che sicuramente non possa vedere la moneta, perché nascosta dal bordo della
vaschetta) di guardare lungo la direzione dello stecchino cercando di indovinare che cosa c’è in fondo
•versare poi l’acqua nella vaschetta finché, a un certo punto, l’“osservatore” avvisa di cominciare a
vedere la moneta
• misurare l’altezza h dell’acqua, la posizione della moneta rispetto al bordo della vaschetta, l’altezza
della vaschetta, riprodurre in scala il disegno e cercare di ricostruire il cammino del raggio che “esce”
dalla moneta e giunge all’occhio dell’osservatore quando deve viaggiare solo in aria oppure quando
viaggia in acqua e in aria
Concetti:
• gli oggetti trasparenti sono quelli che si lasciano attraversare dalla luce senza bloccarla
• quando il raggio di luce passa dall’aria a un altro mezzo trasparente, la sua direzione cambia
Aspetti didattici:
• per il fenomeno chiamato “rifrazione” gli oggetti immersi in acqua
appaiono spezzati nel punto di immersione,
Interdisciplinarietà e continuità:
- geometria piana
Riferimenti:
- www.iapht.unito.it
Onde – 7a
La moneta di Tolomeo
raggi che
arrivano
all’occhio
stecchino
La fisica:
La legge della rifrazione
posizione
della
moneta
Quando non c’è acqua nella vaschetta i raggi diffusi dai vari
oggetti possono essere raffigurati come in figura, dove “O”
rappresenta l’occhio del bambino che osserva ed “M” la
moneta: in queste condizioni solo la parte dello stecchino che
sporge oltre il bordo della vaschetta è visibile perché solo i raggi
diffusi che partono da questi punti arrivano in O, dato che tutti i
raggi viaggiano in linea retta.
stecchino
posizione in acqua
apparente
della
P
moneta
stecchino
in aria
O
O
A
M
P
questo raggio non
arriva all’occhio
M
percorso del
raggio in aria
percorso del
raggio in acqua
M
O
B
Versando acqua nella vaschetta, i raggi
si “spezzano” in corrispondenza della
superficie dell’acqua, proseguendo in
aria in direzione più inclinata. Quando
si raggiunge un livello sufficiente, un
raggio può seguire una traiettoria come
la spezzata MPO che gli permette di
superare il bordo della vaschetta e
raggiungere l’occhio dell’osservatore;
la moneta non compare più alla sua
vera profondità, ma alla profondità
apparente che si ottiene proseguendo in
linea retta il segmento OP.
Onde-7b
Preparazione di
Esperienze Didattiche
di Fisica - classe A059
Il disco di Newton
blu
rosso
Oggetti: dischi di cartoncino, matite colorate, forbici, motorino elettrico giocattolo
Attività:
•sopra ogni disco disegnare tre spicchi da colorare in rosso, verde e blu. Con le forbici praticare
un foro al centro del disco e infilarvi l’asse di un motorino giocattolo;
•mettere in rotazione il motorino: più veloce sarà la rotazione e meno nitidi saranno i colori degli
spicchi, sino ad apparire di un unico colore biancastro.
•preparare delle strisce nere di forma circolare che possano coprire uno degli spicchi, come in
figura;
•sovrapporla a turno a uno dei tre spicchi e osservare il colore che si ottiene nella rispettiva
corona circolare
coprendo il blu
si osserva il
colore giallo
coprendo il
verde si osserva il
colore magenta
Concetti:
• la luce bianca è composta di molti colori
• il “bianco” come sovrapposizione di tutti i colori visibili
• il “nero” come assenza di colore visibile
Aspetti didattici:
- il colore della luce e il colore degli oggetti
verde
motorino
striscia nera
coprendo il
rosso si osserva
il colore ciano
Attacco (spunti e continuità):
richiami ed analisi di situazioni del quotidiano
Riferimenti:
- G. Meraviglia – La scienza in altalena – Schede di giochi e
scienza - Editoriale Scienza, Trieste, 1999
- www.iapht.unito.it
Onde-8a
Il disco di Newton
La fisica:
• la luce bianca è composta da molti colori (spettro visibile)
• un oggetto ci appare colorato perché “assorbe” tutti i colori ad esclusione di una certa banda che
diffonde prevalentemente (e che noi chiamiamo “rosso” piuttosto che “blu” ecc.);
• il bianco è il risultato della sovrapposizione di tutti i colori; vediamo cioè bianco un oggetto che diffonde tutti i
colori che compongono lo spettro visibile;
• il nero è “mancanza” di colore, cioè un oggetto lo si vede nero perché non diffonde alcun colore, ma li trattiene
tutti;
• la persistenza delle immagini sulla retina è responsabile della apparente colorazione bianca del disco di
cartoncino (si dice che un esperimento analogo venne fatto da Newton sovrapponendo i diversi “colori”
dell’arcobaleno);
• i recettori di colore contenuti nei coni della retina dei nostri occhi sono di tre tipi, sensibili a tre “colori
fondamentali” nella banda del rosso, verde e blu: per questo motivo la sovrapposizione dei tre colori ci dà la
sensazione di “bianco”, cioè di presenza di tutti i colori;
• coprendo con il nero uno spicchio (ad esempio lo spicchio rosso), noi non percepiamo un colore che è la
sovrapposizione del nero con gli altri due colori (blu e verde), ma percepiamo solo la sovrapposizione dei due
colori (verde mare o “ciano”, sovrapposizione di blu e verde), perché la striscia nera non diffonde luce visibile.
Contesto:
- le considerazioni circa la composizione dei colori possono essere condotte a partire dalla prima media (o anche
dal secondo ciclo della scuola elementare)
- osservazioni più impegnative sulla diffusione e assorbimento delle diverse bande di colore vanno adattate alla
classe e al momento, anche in previsione di un raccordo con la scuola secondaria superiore
Onde-8b
PED Fisica - classe A059
I raggi infrarossi
Oggetti: 4 barrette di metallo, un cartoncino di colore nero opaco, una lampada, un blocco di
legno di supporto, cinque termometri a contatto, un termometro all’infrarosso
Attività:
• dipingere 2 barrette con vernice opaca bianca e 2 con vernice nera e montarle accoppiate, una
bianca e una nera, dai lati opposti di un supporto di legno, come nella foto; infilare dietro a
ciascuna un termometro in modo che stia ben a contatto con la parete interna;
• porre la faccia con due barrette di fronte al cartoncino nero e l’altra dal lato opposto e leggere
le temperature dei 4 termometri, aspettando che raggiungano l’equilibrio (eventuali differenze
inferiori a 1°C sono possibili, dovute a possibili differenze di taratura); annotare le 4
temperature in condizioni di equilibrio;
• porre anche il quinto termometro di fronte al cartoncino e registrare la temperatura;
• leggere la temperatura con il termometro all’infrarosso quando è puntato verso il cartoncino
nero e quando è puntato verso il lato opposto;
• accendere la lampada in modo da illuminare fortemente il cartoncino, lasciando però in ombra
tutti i termometri e leggere le temperature a intervalli regolari di tempo, ripetendo anche le
misure con il termometro all’infrarosso con i due diversi puntamenti.
Concetti:
• tutti i corpi emettono delle radiazioni invisibili (infrarosse) con una intensità tanto maggiore
quanto maggiore è la loro temperatura;
• la radiazione invisibile viaggia nello spazio dalla sorgente all’oggetto che la assorbe nello
stesso modo della radiazione visibile e trasporta energia
Aspetti didattici: - è possibile utilizzare l’energia radiante emessa da una sorgente per
riscaldare altri oggetti
- l’energia radiante viaggia nello spazio, mantenendo il ricordo della sorgente da cui
proviene.
Attacco:
- vacanze al mare
(camminare sulla spiaggia a
mezzogiorno)
- estate in città (abiti chiari e
abiti scuri)
Riferimenti:
- www.iapht.unito.it
Onde-9a
I raggi infrarossi
La fisica:
• tutti i corpi emettono delle radiazioni invisibili (infrarosse) con una intensità tanto maggiore quanto maggiore è
la loro temperatura;
• il filamento della lampada, che è a una altissima temperatura, emette molta energia radiante sia infrarossa che
visibile: questo tipo di energia viene chiamata energia radiante perché, attraverso i raggi luminosi o invisibili,
viaggia nello spazio dalla sorgente che la emette all’oggetto che la assorbe,
• la radiazione viene assorbita in modo molto efficiente dal cartoncino nero e ne fa aumentare la temperatura,
• più passa il tempo, più energia radiante colpisce il cartoncino, più cresce la sua temperatura,
• il cartoncino nero, a sua volta, emette energia radiante, ma non più nel visibile, perché la sua temperatura è
troppo bassa, bensì nell’infrarosso; man mano che la temperatura aumenta, irradia una quantità crescente di
energia che, a sua volta, viaggia nello spazio;
• le due barrette, poste di fronte al cartoncino, ricevono molta radiazione e quindi si scaldano; la barretta nera si
scalda più rapidamente perché assorbe più efficacemente l’energia della radiazione infrarossa;
• gli altri termometri a contatto sentono molto meno l’effetto della radiazione: quello posto di fronte al cartoncino
ha una piccola superficie e quindi cattura pochi raggi e sente solo che l’aria intorno si è scaldata, quelli dietro il
blocco sono schermati dalla radiazione e sentono solo il piccolo aumento di temperatura dell’aria circostante;
• il termometro all’infrarosso è invece in grado di discriminare direttamente la direzione da cui arriva la
radiazione
Contesto:
- l’uso dello strumento di misura (termometro a contatto) è consigliato a partire dalla prima media nell’ambito di attività
di metrologia
- ragionamenti più elaborati sull’energia radiante sono più adatti a livelli successivi, anche in vista di un raccordo con la
secondaria superiore
Onde-9b