Le forze e il moto

Percorso collegato all’Unità 8 del volume Il bello della Fisica Secondo biennio di Gian Paolo Parodi, Marco Ostili e Guglielmo Mochi Onori.

Unità 8 Le forze e il moto

Proponiamo un esempio di percorso didattico relativo all’Unità 8 Le forze e il moto mediante il quale è possibile organizzare la didattica a distanza.
Il testo di riferimento è disponibile per gli studenti sotto forma di libro digitale (ITE) e costituisce una solida base dalla quale partire per condividere sia le pagine da studiare, sia le risorse digitali correlate.
Per semplificare il lavoro, i link qui forniti consentono l’attivazione diretta di tutti i materiali, che sono reperibili anche accedendo a My Pearson Place con il codice associato al volume.

Per cominciare

Da questi link:

Il moto lungo un piano inclinato
Il moto dei proiettili
La composizione dei moti
Il pendolo semplice
Il moto dei satelliti e la forza centripeta 
Il moto dei pianeti e le leggi di Keplero
La legge di gravitazione universale

è possibile scaricare le lezioni in Power Point, un file per ciascun paragrafo; le presentazioni possono essere adattate e modificate a proprio piacimento, eventualmente estrapolando i contenuti relativi a uno o più paragrafi.

Ricordiamo che è possibile registrare la propria voce sulle slide in PPT (scarica il PDF per vedere come fare) ed esportare un video da condividere con gli studenti nella modalità concordata con la scuola per erogare le lezioni a distanza.

Consigliamo di prevedere dei momenti di “lezione frontale” in formato video (in diretta o registrati) intervallati da momenti esercitativi o di confronto, come proposto di seguito per i paragrafi considerati.
Anche in una lezione a distanza, è importante proporre agli studenti numerose attività, raccogliere le loro spiegazioni e discuterle criticamente.

Paragrafo 1. Il moto lungo il piano inclinato

Questo primo paragrafo può essere presentato in modalità di didattica capovolta proponendo agli studenti di vedere il video dell’attività di laboratorio Misura dell’accelerazione di un corpo in un moto rettilineo su un piano inclinato. È importante partire con l’analisi di una situazione sperimentale: l’enunciato del secondo principio non può essere infatti dimostrato ma solo presentato, giustificato, essendo appunto un principio della fisica in base al quale si interpretano i fatti sperimentali.
Lo scopo di questa attività, che è una rivisitazione della celebre esperienza galileiana, è verificare che il moto di un’auto giocattolo o di un carrello su un piano inclinato è un moto uniformemente accelerato.
La lezione può poi continuare ricavando la relazione fra le componenti della forza peso di un corpo che si muove lungo un piano inclinato, per poi vedere una prima applicazione nell’esempio di pagina 230.
Le domande Ragiona e Rispondi alla fine del paragrafo possono essere lo spunto di apertura di un confronto fra gli studenti in una chat di classe.

Paragrafo 2. Il moto dei proiettili

È molto interessante chiedere agli studenti di spiegare come avviene, secondo loro, il moto di un proiettile, prima di fornire la soluzione galileiana del problema. Si ascolterebbero spesso spiegazioni non molto diverse dalla teoria aristotelica o dalla teoria dell’impeto, a conferma del fatto che molti studenti hanno concezioni di fisica naturale, o ingenua, precedenti agli studi scolastici, spesso anche persistenti. Allo scopo di fugare eventuali misconcetti, anche in questo caso si può ricorrere all’analisi di una situazione sperimentale, proponendo la visione del video La gittata di un proiettile.

Nel corso della lezione si possono attivare le figure 3 e 4 attraverso i video (TUTOR Disegno attivo):

Confronto fra la caduta di due palline da tennis
Scomposizione del moto del proiettile

Gli stessi video potranno essere consigliati a fine lezione per lo studio o il ripasso in autonomia.
Le domande Ragiona e Rispondi alla fine del paragrafo possono essere lo spunto di apertura di un confronto fra gli studenti in una chat di classe.
Nell’ambito di questa lezione, si può inoltre proporre agli studenti di leggere l’approfondimento La balistica, ovvero la scienza dei proiettili che apre a un interessante spunto interdisciplinare (storia).

Paragrafo 3. La composizione dei moti

Questo paragrafo generalizza alcuni risultati presentati nello studio del moto dei proiettili, giungendo a definire relazioni generali sullo spostamento e sulla velocità risultanti di un corpo, rilevati in diversi sistemi di riferimento. Per consolidare il concetto di composizione degli spostamenti si può attivare durante la lezione la figura 5 attraverso il video (TUTOR Disegno attivo):

• Passeggero in treno

È particolarmente importante far riflettere gli studenti sulla legge di composizione delle velocità, perché è proprio la legge che Einstein metterà in discussione nella teoria della relatività, cui si accenna in questa lezione.
Le domande Ragiona e Rispondi alla fine del paragrafo possono essere lo spunto di apertura di un confronto fra gli studenti in una chat di classe.

Paragrafo 4. Il pendolo semplice

Prima di affrontare il paragrafo, si potrebbe chiedere ai ragazzi di documentarsi attraverso una ricerca online sulla biografia di Christiaan Huygens, ampliando il contenuto della biografia di Christiaan Huygens fornita dagli autori.
Nel giorno/nei giorni precedenti la lezione i ragazzi potranno suggerire ai compagni, in un file condiviso in qualche piattaforma, materiali utili audio/video, preferibilmente in italiano, con attenzione all’attendibilità delle fonti.

In questo paragrafo gli studenti devono essere portati a riflettere sui punti importanti che caratterizzano in particolare il periodo del moto del pendolo: l’isocronismo delle oscillazioni, le grandezze dalle quali il periodo dipende (lunghezza del filo e accelerazione di gravità) e quelle dalle quali non dipende (ad esempio la massa appesa).
Per accompagnare lo studio autonomo si può suggerire agli studenti il video collegato alla figura 5 (TUTOR Disegno attivo):

Forze agenti sul pendolo semplice

Le domande Ragiona e Rispondi alla fine del paragrafo possono essere lo spunto di apertura di un confronto fra gli studenti in una chat di classe.

Paragrafo 5. Il moto dei satelliti e la forza centripeta

Per gli studenti può non essere affatto ovvio che un sasso legato a una fune si muova su una traiettoria circolare a causa della forza centripeta che imprimiamo al sasso con la nostra mano. Effettivamente il moto reale del sasso è ben più complicato di un moto circolare ideale! È importante allora far eseguire alcuni esperimenti significativi e illuminanti: ai ragazzi a casa si può proporre di realizzare questa semplice esperienza, utile per visualizzare la direzione della forza centripeta. Serve uno spago (o filo di nylon da pesca) di lunghezza opportuna, fatto passare attraverso un tubicino lungo circa 20 cm (anche la cannuccia di una penna biro va bene) alle cui estremità vengono fissati due piccoli oggetti (due gomme per cancellare, ad esempio). Si impugna il tubetto, si mette in rotazione uno degli oggetti semplicemente “lanciandolo” con un colpo secco in direzione perpendicolare al tubetto e si osserva come il peso dell’altro oggetto, trasmesso attraverso lo spago, sia l’unica forza che garantisce il movimento circolare. I ragazzi possono anche filmare le loro prove e condividerle su una chat di classe.

La trattazione teorica inizia con il celebre studio newtoniano del moto del proiettile che diventa satellite, se la sua velocità di lancio orizzontale raggiunge appunto il valore minimo della velocità orbitale.
Isaac Newton è un gigante della scienza e la sua figura è carica di fascino: a questo punto si potrebbe suggerire ai ragazzi di documentarsi attraverso una ricerca online sulla sua biografia, che apre a innumerevoli spunti interdisciplinari (storia, filosofia, inglese). I ragazzi potranno suggerire ai compagni, in un file condiviso in qualche piattaforma, materiali utili audio/video, preferibilmente in italiano, con attenzione all’attendibilità delle fonti.

Citiamo qui, a solo titolo di esempio, un podcast di Radiotrescienza che recensisce una recente biografia dello scienziato-teologo: Un teologo di nome Isaac e, per una classe particolarmente forte in lingua inglese un contributo video sul sito dell’Enciclopedia Britannica: Consider how Isaac Newton's discovery of gravity led to a better understanding of planetary motion o, ancora, un podcast prodotto dalla BBC Radio: Newton - A Matter of Some Gravity.

Proseguendo la lezione con forza centripeta e centrifuga, è importante far soffermare gli studenti sullo studio degli esempi 5 e 6.
Le domande Ragiona e Rispondi alla fine del paragrafo possono essere lo spunto di apertura di un confronto fra gli studenti in una chat di classe.

Paragrafo 6. Il moto dei pianeti e le leggi di Keplero

Questo paragrafo, di respiro storico, si occupa di dare una panoramica dello studio del moto dei pianeti, per arrivare alla sistematizzazione delle leggi di Keplero. Dal modello geocentrico tolemaico si passa, nell’arco di 2000 anni, al modello eliocentrico copernicano, determinando la prima Rivoluzione Scientifica.
A questo proposito, è interessante proporre agli studenti la lettura Rivoluzione scientifica, dove sono riportate alcune pagine del saggio All’alba della scienza classica in cui il filosofo Koyré passa sinteticamente in rassegna le principali interpretazioni della genesi e del significato della rivoluzione scientifica.
Se si vuole sdrammatizzare e dare agli studenti una divertente occasione di ripasso, suggerite il video Le Leggi di Keplero feat. I Supplenti Italiani.
Le domande Ragiona e Rispondi alla fine del paragrafo possono essere lo spunto di apertura di un confronto fra gli studenti in una chat di classe.

Paragrafo 7. La legge di gravitazione universale

La spiegazione della legge di gravitazione universale è il culmine della spiegazione newtoniana, basata sul principio di inerzia e sul concetto di forza centripeta.
È importante suggerire agli studenti lo studio attento dell’esempio 7 per valutare il rapporto fra l’intensità dell’attrazione gravitazionale, per poi concludere con il calcolo del valore dell’accelerazione di gravità sulla superficie terrestre.
Le domande Ragiona e Rispondi alla fine del paragrafo possono essere lo spunto di apertura di un confronto fra gli studenti in una chat di classe.

Per la verifica in autonomia

Al termine di ciascun paragrafo o dell’intera unità, per l’autoverifica lo studente può accedere alle risposte dei quesiti proposti. A titolo di esempio:

Risposte ai quesiti 4-5
Risposte ai quesiti 93-98

Per il CLIL

Si può proporre agli studenti la scheda A bit of Physics Forces and motion, che presenta una lettura in inglese, accompagnata dalle corrispondenti versioni in francese e tedesco, unitamente agli speakeraggi nelle tre lingue:

Inglese
Francese
Tedesco

E inoltre in My Pearson Place…

Invitiamo a esplorare tutti i materiali associati all’opera in adozione dalla pagina di ingresso al prodotto in My Pearson Place.

Da qui è possibile accedere, in particolare:
• all’intera Guida per il docente in formato PDF;
• a un ricco Crea Verifiche, con il quale comporre verifiche personalizzate, selezionando gli esercizi per argomento e per livello di difficoltà, ed esportando i file in formato .docx;
• al Didastore, dove, ad esempio, nell’Area docente sono disponibili le stesse verifiche fornite in Guida in formato editabile (docx) e nella sezione Palestra sono disponibili ulteriori batterie di test, tutti con autocorrezione.

La lezione è offerta dalla redazione di Pearson per le Scienze, il nuovo marchio editoriale per l'area scientifica della Scuola secondaria, nell'ambito del progetto Pearson Kilometro Zero, imparare e formarsi a distanza.

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