Da lunedì 16 a sabato 21 novembre 2015 il liceo statale “C. Salutati” di Montecatini Terme ha abbracciato con entusiasmo ed orgoglio una nuova occasione per far assistere i propri studenti alle attività della Ludoteca Scientifica pisana, la quale si è resa disponibile, per il terzo anno consecutivo, all’allestimento di un vero e proprio laboratorio presso la Sala Gamma del Liceo stesso.
La LuS (Ludoteca Scientifica), organizzata dal Dipartimento di Fisica “Fermi” dell’Università di Pisa, dall’Istituto per i Composti Organo-Metallici (ICCOM) del CNR di Pisa e dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare INFN- sezione di Pisa, è composta da una collezione di giochi e strumenti creati per riprodurre, con uno spirito tutto galileiano, gli esperimenti che hanno fatto la storia della scienza, al fine di avvicinare bambini, ragazzi ed adulti al mondo della scienza stessa tramite il divertimento, per poi introdurli alle questioni e agli aspetti più avvincenti della fisica classica e moderna, ovvero da Galileo ad Einstein fino alle innovazioni del XXI secolo.
L’obiettivo di quest’esperienza era dunque di continuare a promuovere e a divulgare la cultura scientifica, anche in considerazione del grande apprezzamento riscosso dall’iniziativa negli anni scorsi.
Per contribuire al nobile fine di stimolare negli alunni la passione per la scienza, per la ricerca e per la sperimentazione metodologicamente fondata, la dirigente scolastica, professoressa Morena Fini, i docenti del Liceo ed il personale ATA hanno collaborato in totale sinergia alla realizzazione delle attività previste.
I laboratori e gli stage, resi possibili grazie alla professionalità e alla disponibilità dei ricercatori della LuS Luca Occhipinti e Giorgio Cavallo, nonché all’impegno dei professori Stefano Gori, Sergio Fallucca, Anna Paola Migliorini e Nicoletta Moscani, hanno introdotto i ragazzi alla fisica di fenomeni che abbiamo intorno a noi tutti i giorni, come la gravità, il suono, la luce e l’elettromagnetismo.
L’attenzione dei ragazzi è stata conquistata attraverso piccoli esperimenti e giochi, i quali, però, senza l’aiuto della fisica, non potrebbero certo funzionare.
Dalle interviste ad alcuni studenti è emerso che gli esperimenti che maggiormente li hanno colpiti sono stati quelli di fluidodinamica – basati su pressione ed energia ed utili a spiegare i vortici, nonché a capire il fenomeno degli uragani ed il funzionamento di aerei ed elicotteri-, quelli di polarizzazione della luce, quelli di levitazione magnetica e di induzione elettromagnetica e quelli legati alla conservazione dell’energia e della quantità di moto. Coloro che per la prima volta hanno partecipato alle attività organizzate dalla LuS presso l’istituto montecatinese si sono dichiarati molto coinvolti, per non dire stupiti, dopo aver assistito agli effetti di alcuni strumenti, come il pendolo di Newton, la sfera al plasma ed il generatore di vortici toroidali, o semplicemente dopo aver riapprezzato il funzionamento della pila di Volta o sperimentato cosa si intenda per conservazione del momento angolare tramite il funzionamento della ruota della bicicletta.
Un “ooohhhhh” di meraviglia è stato strappato dalle figure geometriche disegnate dal disporsi di una manciata di semolino su una lastra di metallo sollecitata da un arco di violino. Eppure non si tratta di magia, perché è soltanto fisica!
I ragazzi infatti hanno potuto vedere con i propri occhi e toccare con mano ciò che studiano sui libri: nodi e ventri su una o due dimensioni, cambiamento di modalità di vibrazione in relazione alla velocità di oscillazione… Si tratterà pure di una disciplina scolastica, ma essa ha sortito lo stesso effetto di uno show di magia, sebbene con una conseguente riflessione sulla bellezza e sull’utilità di quanto, invece, è oggetto di studio.
È così, quindi, che gli alunni sono stati stimolati a cimentarsi di persona con gli interrogativi e con gli esperimenti dei ricercatori, a conoscere concretamente il metodo ed i risultati scientifici, a comprendere in profondità quanto importanti siano il sapere scientifico e le sue implicazioni ed applicazioni nella nostra vita quotidiana.
Le attività laboratoriali in orario curricolare hanno coinvolto sia 18 classi del Liceo, per un totale di più di 400 alunni, sia gli studenti delle terze della scuola secondaria di primo grado di ben 6 Istituti Comprensivi della Valdinievole, i quali hanno risposto numerosissimi e con entusiasmo all’iniziativa.
Sono inoltre stati organizzati stage pomeridiani, articolati in due incontri della durata complessiva di 5 ore, per 56 alunni di tre classi terze del liceo scientifico, validi per il percorso di alternanza scuola-lavoro e mirati alla realizzazione di un esperimento scientifico, in collaborazione con i dipartimenti di matematica e fisica.
Gli studenti, dopo aver assistito ad un’ampia e dettagliata lezione teorica sulla storia degli studi condotti sul fenomeno della gravità, hanno potuto affrontare lo studio della legge della forza di gravità stessa, ripetendo l’esperimento che Galilei aveva realizzato per capire come essa agisse.
Si tratta certamente di un modo diverso di fare scuola, dedicandosi ad attività scientifiche di qualità, di cui il Liceo si è fatto ancora una volta promotore sia per i propri studenti che per il territorio.
Lo stage pomeridiano della LuS per gli alunni di terza dell’indirizzo scientifico del “C.Salutati” di Montecatini Terme
Le classi terze dell’indirizzo scientifico del liceo montecatinese “Coluccio Salutati” hanno avuto l’opportunità di partecipare ad uno stage pomeridiano con due ricercatori del CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) di Pisa, Luca Occhipinti e Giorgio Cavallo.
In due incontri, di due ore e mezzo ciascuno, gli studenti hanno avuto modo sia di ripercorrere le varie fasi di studio che hanno portato alla formulazione della legge gravitazionale, con una ricostruzione storica delle tappe più significative sin dall’antichità, sia di riprodurre personalmente l’esperimento che Galilei realizzò per capire come questa stessa legge agisse.
Già i filosofi greci, in particolare Aristotele, vi si dedicarono, anche se le loro ipotesi non si basavano su dati sperimentali, ma su concezioni intuitive. Un importante contributo fu apportato anche da Vitruvio, grande architetto del I a.C., che cercò di capire il motivo per cui gli oggetti cadono, iniziando ad elaborare una primitiva teoria sulla gravità e dimostrando con un esperimento che si trattava di una caratteristica dell’oggetto non dipendente dal di peso.
Il matematico indiano Brahmagupta (VI-VII d.C), nel suo libro sul giusto funzionamento del mondo, affermò che le cose pesanti cadono a terra per una legge naturale, in quanto la Terra attira tutto verso il proprio centro. Si giunge così al tempo della rivoluzione scientifica, che vede tra i suoi protagonisti Galileo Galilei (1564-1642), fisico, filosofo, astronomo e matematico pisano, considerato il padre della scienza moderna. Grazie al suo telescopio, egli iniziò ad osservare Giove, notando che qualcosa girava attorno a questo pianeta. Con questa osservazione dimostrò che il sistema copernicano eliocentrico era molto più ragionevole rispetto alla teoria geocentrica, come confermava anche Keplero, astronomo e matematico tedesco, le cui tre leggi sul moto dei pianeti vennero riprese da Newton (1642-1727), matematico e fisico inglese, il quale dimostrò, a partire da un’intuizione di Hook e attraverso una formula matematica, che la forza di gravità è direttamente proporzionale al rapporto tra il prodotto delle masse degli oggetti e il quadrato della distanza tra i loro centri. L’introduzione della costante gravitazionale universale, da cui dipenderebbe appunto la forza di gravità, si deve al chimico e fisico scozzese Cavendish (1731-1810), che ebbe una giusta intuizione circa il valore di tale costante, ma probabilmente commise degli errori nei suoi esperimenti, ottenendo un risultato numerico troppo piccolo per poter essere giusto. Solo con Einstein, nel 1915, si arriva alla teoria della relatività generale, che rimarrà senza dimostrazione almeno fino agli anni Cinquanta-Sessanta.
Nel secondo incontro gli alunni che hanno partecipato allo stage si sono concentrati sulla dimostrazione dell’azione che la forza di gravità esercita sui vari corpi.
Galileo studiò l’applicazione di questa forza su una pallina che cadeva lungo un piano inclinato, in quanto la caduta verticale dell’oggetto risultava troppo veloce per uno studio dettagliato. Facendola scorrere sul piano inclinato, ne misurava l’accelerazione dal punto di partenza fino alla fine del piano. Ripetendo l’esperimento moltissime volte, in modo da evitare il maggior numero di errori, Galilei riuscì a calcolare l’accelerazione di gravità, compiendo un grande passo nella storia della fisica.
I ragazzi hanno riprodotto l’esperimento del piano inclinato con lo stesso materiale e secondo le fasi stabilite dal genio pisano.
Il materiale necessario per lo svolgimento di questa esperienza prevedeva:
Palline di vario tipo
Un binario rigido, liscio e lungo almeno 1 m
Cartone ondulato, forbici/taglierino e nastro adesivo
Penne e matite colorate
Metro/ riga/ righello
Carta millimetrata
Cronometro
Fogli per appunti e calcoli
Calcolatrice scientifica
Gli alunni hanno costruito il loro piano inclinato, hanno misurato con formule di trigonometria l’angolo di inclinazione e hanno iniziato a prendere le varie misure sul tempo di discesa di palline diverse per massa, grandezza e materiale, su diverse distanze. Una volta completata questa fase, hanno riportato i risultati ottenuti di tempo e spazio su un grafico e hanno verificato che, unendo i diversi punti trovati sul piano cartesiano, la curva risultava essere una parabola. Hanno così trovato l’equazione, attraverso la quale sono riusciti a capire se avevano svolto l’esperimento correttamente o se potevano essere evitati alcuni errori, cercando ad esempio di diminuire al minimo l’attrito tra la pallina e il piano di scorrimento. oppure l’errore umano dovuto a scarsi riflessi nell’attivare o fermare il cronometro. Ripetendo l’esperimento con una diversa inclinazione del piano si verifica che, nonostante il valore dell’accelerazione cambi, il grafico spazio-tempo è sempre parabolico. Trovando poi vari valori di accelerazione dalle diverse equazioni della parabola e trasferendoli su un altro grafico insieme al seno degli angoli di inclinazione usati, ne risulta una retta, il cui coefficiente di inclinazione coincide con l’accelerazione di gravità. Anche se gran parte dei ragazzi è riuscita ad effettuare solo la prima misurazione e a trovare l’accelerazione in verticale, dividendo la prima soggetta all’inclinazione per il seno dell’angolo, tutti hanno comunque appreso che l’accelerazione di gravità ha un valore di 9,8 m/s2. Scopo dell’esperienza non era certamente arrivare allo stesso preciso risultato raggiunto da Galilei, dato che non sussistevano le condizioni più favorevoli, ma capire come egli avesse lavorato per giungere alla scoperta di uno dei fondamenti della fisica di tutti i tempi e sperimentare personalmente la professione dello scienziato, conciliando così studio, lavoro e divertimento.
(Clarissa Mazzei, III A LS, e Lorena Rocchi)
