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Apprendere la fisica giocando

Piccola mostra interattiva per inaugurare l’anno mondiale della fisica

Alta Scuola Pedagogica - Piazza San Francesco 19 - Locarno

E’ stata aperta dal 10 al 22 gennaio 2005.

Sarà ripresentata durante l'esposizione "Porte aperte in laboratorio" alla SUPSI di Lugano-Manno. Aperta alle scuole medie, professionali e medie superiori dal 19 al 30 settembre 2005 durante l'orario scolastico e il pomeriggio del 28 settembre accessibile al pubblico generico.

http://stsn.scnatweb.ch/fisica2005/laboratorio.html

New: le foto della V elementare di Solduno in visita alla mostra!

1. Luce / energia

a) b) c) d) e) f)

1. Il calore trasmesso dalla lampadina produce un moto convettivo del liquido che mette in movimento i pezzetti di metallo.
2. Il pannello solare trasforma l’energia emessa per irraggiamento dalla lampadina in energia elettrica. Questa fa muovere il motorino collegato al disco con gli ologrammi
3. L’aria scaldata dalla lampadina sale ed esce dalle fessure orientate della parte sospesa provocandone la rotazione.
4. La lampadina emette una luce bianca caratteristica del gas di mercurio contenuto all’interno. Lo spettro del gas è visibile per mezzo degli occhiali con i reticoli o con la “bacchetta magica”.
5. La cera scaldandosi crea delle bolle che salgono seguendo il moto convettivo del liquido.
6. La luce percorre le fibre trasparenti riflettendosi completamente all’interno fino alla sua estremità.

a) b) c) d) e) f)

2. La gravitazione

I corpi cadono per l’attrazione gravitazionale. In questi giocattoli la caduta è non è libera ma è condizionata da attriti meccanici ed elettromagnetici, da contrappesi, da rotazioni ecc.

La mano del visitatore compie un lavoro contro la forza di gravità per sollevare una parte del gioco.

La forza di gravità agisce poi causando il movimento che è particolare a seconda delle altre forze agenti.

3. Il moto dei fluidi

I fluidi sono soggetti alla gravitazione come pure gli oggetti in essi immersi: siamo tutti immersi nell’aria di cui sentiamo la pressione.

Alcuni esempi: il diavoletto (o il calamaro) deve contenere dell’acqua oltre all’aria in modo che, se viene immerso nell'acqua, galleggi affiorando appena. Si inserisce in una bottiglia di plastica piena d’acqua, si chiude e si preme. La pressione fa entrare dell’altra acqua e l’oggetto scende perché la densità complessiva è maggiore di quella dell’acqua. Rilasciando la bottiglia, l’acqua esce dal diavoletto che quindi risale.

Nelle due bottiglie unite con il “vortice”, se si mette quella piena in alto, l’acqua fatica a scendere a causa della pressione dell’aria di quella di sotto. Se si fa roteare la bottiglia superiore si crea il vortice che rapidamente la svuota in quella di sotto.

La fontana di Erone è costituita da un connettore con due cannucce in cui sono praticati dei forellini dalla parte del connettore. Quando l’acqua scende da una cannuccia, l’aria risale dall’altra e risucchia acqua verso l’alto dai forellini che rimangono nascosti dal tappo di giunzione.

Il disco attorno al contenitore della panna spray aderisce alla superficie (liscia). La bottiglia rimane incollata al piano dalla pressione atmosferica. E' sufficiente sollevare un lembo del disco perché entri aria e si stacchi senza nessuno sforzo.

Nelle clessidre con il liquido molto viscoso, questo scende lentamente e si vedono le bolle d'aria salire. Il moto della clessidra su un piano inclinato dipende dalla posizione del liquido ed è piuttosto imprevedibile.

Le clessidre immerse salgono o scendono secondo la loro densità complessiva rispetto a quella del liquido in cui si trovano.

4. Come si comporta la luce?

Riflessione e rifrazione sono due modi per cambiare la direzione della luce. La luce bianca è l’addizione delle componenti luminose monocromatiche. Gli oggetti a disposizione permettono di studiare alcuni tra i differenti modi con cui la luce interagisce con essi e poi si manifesta ai nostri occhi.

Esempi: il Rainbow maker

Gli anamorfismi e lo specchio cilindrico: il termine anamorfosi dal greco ana (all'indietro ritorno verso) e morphe (forma) sta a indicare un disegno in cui appare un'immagine distorta che osservata obliquamente (anamorfosi piana) o riflessa un uno specchio curvo può essere vista nella sua prospettiva naturale. Lo specchio cilindrico è un esempio semplice di specchio deformante. Dato che si conosce la regola con cui lo specchio cilindrico deforma le immagini, è possibile disegnare delle figure distorte in modo che, se le osserviamo riflesse nello specchio cilindrico, vengano ricostruite come se fossero riflesse da uno specchio piano.

Lo specchio concavo: inserendo il cilindro nel centro dello specchio, in modo che l’estremità con la scritta “start” esca dalcentro, si possono vedere nella parabola le immagini riflesse di quanto riportato sul cilindro, provenienti dal fuoco dello specchio. Esse raccontano le storie di viaggi nel tempo e nello spazio.

Specchio Mirage vedi http://www.ap.stmarys.ca/demos/content/optics/mirage_mirror/mirage_mirror.html

5. Le esperienze celebri

Il doppio cono: si compone di un telaio triangolare di legno inclinato sul quale insiste un doppio cono. Ponendo il doppio cono sulla parte inferiore del telaio, esso inizia spontaneamente a risalire verso l'alto, dando così l'impressione di sottrarsi alla legge universale della forza di gravità. http://brunelleschi.imss.fi.it/genscheda.asp?appl=SIM&xsl=catalogo&indice=54&chiave=417021

I pendoli di Newton: il dispositivo è composto di alcune biglie in acciaio ciascuna delle quali viene sospesa mediante due fili: tramite questo accorgimento le biglie stanno a contatto sulla stessa linea orizzontale e si urtano elasticamente sul piano verticale individuato da tale linea. http://www-toys.science.unitn.it/toys/it-html/m-pnewton.html

Ernest: un orsetto molto equilibrato vedi http://www-toys.science.unitn.it/toys/it-html/m-ernest.html

6. Dall’ambra all’elettrone – breve storia dell’elettricità

Sul tavolo sono esposte diverse piccole esperienze che permettono di produrre elettricità: per strofinio,galvanica ovvero prodotta per contatto tra metalli (la pila) e per induzione elettromagnetica.

Il fatto che i tre aspetti diversi fossero riconducibili ad un unico fenomeno fisico fu oggetto di studi per tutta la prima metà del XIX secolo.

7. Il magnetismo

Storia degli studi sul magnetismo

Le proprietà magnetiche di alcuni materiali erano già note agli antichi greci, ai romani e ai cinesi: presso questi popoli infatti era conosciuta la capacità dell'ossido di ferro chiamato magnetite di attrarre limatura di ferro. Essi inoltre osservarono che una sbarretta di ferro a contatto con frammenti di magnetite si magnetizza, cioè diventa un magnete naturale: alle estremità si producono un polo nord e un polo sud magnetici. Poli simili si respingono, mentre poli diversi si attraggono.

L'uso della bussola per la navigazione in Occidente e le prime ricerche sul comportamento dell'ago magnetico risalgono pressoché al 1200, ma il primo studio organico dei fenomeni magnetici si trova nell'opera De magnete pubblicata nel 1600 dal fisico William Gilbert. Lo scienziato, utilizzando un ago magnetico e una calamita di forma sferica, osservò che la Terra stessa si comporta come un'enorme calamita e, attraverso una serie di esperimenti condotti con metodo scientifico, riuscì a sconfessare le nozioni scorrette sul magnetismo fino ad allora ritenute valide.

Teoria elettromagnetica

 A partire dalla fine del XVIII secolo le teorie dell'elettricità e del magnetismo furono portate avanti di pari passo. Nel 1819 Hans Christian Oersted osservò che un filo conduttore percorso da corrente elettrica esercita una forza su un ago magnetico posto nelle vicinanze. Questa scoperta, che portò un'ulteriore prova della relazione tra elettricità e magnetismo, fu seguita dagli studi di André-Marie Ampère sulle forze agenti tra fili percorsi da corrente, e di Dominique-François-Jean Arago, che magnetizzò un pezzo di ferro semplicemente muovendolo in direzione di una corrente elettrica. Nel 1831 Michael Faraday scoprì che una variazione del campo magnetico che investe un conduttore può indurre in esso una corrente elettrica. A James Clerk Maxwell si deve la formulazione organica dell'elettromagnetismo sintetizzata nelle famose quattro equazioni che descrivono in modo correlato fenomeni elettrici e magnetici. Egli predisse inoltre l'esistenza delle onde elettromagnetiche e riconobbe la natura elettromagnetica della luce.

Il campo magnetico

Oggetti magnetizzati o fili percorsi da correnti elettriche interagiscono con forze di natura magnetica. Queste forze possono essere descritte mediante il concetto di campo magnetico e rappresentate graficamente con un insieme di linee di forza o di campo. L'andamento delle linee di forza di un campo magnetico dipende dalla forma geometrica e dalle caratteristiche del magnete o del sistema di fili conduttori percorsi da corrente che lo generano; nel caso di un magnete a sbarra, ad esempio, esse emergono da una delle estremità, e poi si incurvano nello spazio circostante fino a raggiungere l'altra estremità e chiudersi all'interno della barra, dove sono vicine parallele. Alle estremità del magnete le linee di forza sono più fitte, il che corrisponde a una maggiore intensità del campo; sui lati invece il campo è più debole e quindi le linee sono più distanziate.

È possibile evidenziare la direzione e il verso delle linee di forza di qualunque campo magnetico per mezzo di un aghetto magnetico o di un po' di limatura di ferro. Infatti una bussola, che non è altro che un piccolo magnete libero di ruotare, posta in un campo magnetico tende ad allinearsi con le linee di forza del campo. Sparpagliando invece della limatura di ferro su un foglio di carta tenuto sopra un oggetto magnetizzato, questa tende a distribuirsi sul foglio in corrispondenza delle linee di forza del campo.

Oltre che su materiali magnetici, il campo magnetico agisce su particelle cariche in moto. Quando una particella si muove attraverso un campo magnetico, è soggetta a una forza, detta forza di Lorentz, diretta perpendicolarmente sia alla direzione del campo, che alla velocità della particella. Per l'azione della forza di Lorentz, la traiettoria di una particella carica all'interno di un campo magnetico viene incurvata e, in assenza di altre forze, risulta circolare. Questa proprietà viene sfruttata negli acceleratori di particelle e negli spettrometri di massa per controllare la traiettoria delle particelle cariche.

Da: http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab/2155/magnetismo.html

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