L'equilibrio dei fluidi

Percorso collegato all’Unità 4 del volume Il bello della Fisica Secondo biennio e Quinto anno di Gian Paolo Parodi, Marco Ostili e Guglielmo Mochi Onori.

Unità 4 L'equilibrio dei fluidi

Proponiamo un esempio di percorso didattico relativo all’Unità 4 L'equilibrio dei fluidi 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:

La pressione
I vasi comunicanti
Il principio di Pascal
Il principio di Archimede
La pressione atmosferica

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. La pressione

Il concetto di pressione è fondamentale per la comprensione dell'intera Unità ed è quindi importante soffermarsi sulla sua definizione. Per aiutare i ragazzi a cogliere la differenza tra pressione e forza si potrà chiedere loro, in un momento di lezione sincrona o su una chat di classe, di proporre degli esempi tratti dall’esperienza quotidiana in cui, a parità di forza, la pressione sia diversa (per esempio, camminare sulla neve con o senza racchette, camminare su un pavimento di legno con i tacchi a spillo o con delle scarpe basse, la forma delle zampe di un elefante confrontata a quelle di un piccolo quadrupede).

Parlando di pressione idrostatica, dopo aver spiegato la legge di Stevino può essere utile proporre ai ragazzi una semplice attività sperimentale che permetterà di verificarla e di riflettere sulle sue implicazioni: l'attività è illustrata dall'autore nella prima parte del video Mi domando La legge di Stevino e il principio di Pascal. Gli studenti potranno ripetere a casa l'esperimento (richiede strumenti facilmente reperibili), filmare le loro prove e condividerle su una chat di classe o in una lezione sincrona. I commenti ai materiali condivisi potranno animare un dibattito che permetterà di andare a fondo dei concetti importanti.

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. I vasi comunicanti

La spiegazione sul principio dei vasi comunicanti si può sviluppare intorno alle figure 5 e 6 del testo, che mostrano vasi comunicanti riempiti di uno stesso liquido, o di diversi liquidi. Si può anche impostare la lezione in modalità di didattica capovolta, invitando gli studenti a vedere il video Mi domando I vasi comunicanti e ripetendo eventualmente anche loro stessi a casa l’esperimento.
Anche il paragrafo sulle applicazioni pratiche del principio si può affidare ai ragazzi: si possono incaricare due o tre studenti di documentarsi ciascuno su una delle possibili applicazioni (impianti idraulici e trasporto dell’acqua, pozzi artesiani, canali artificiali) e di spiegare ai compagni le loro scoperte in una breve videolezione condotta da loro stessi.

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.

Paragrafo 3. Il principio di Pascal

Anche il principio di Pascal, come quello dei vasi comunicanti, vanta innumerevoli applicazioni pratiche. Una di queste è il torchio idraulico, cui funzionamento può essere approfondito con l’aiuto del disegno attivo L'elevatore idraulico che ne spiega il funzionamento.
La deduzione matematica della relazione tra le forze che agiscono sulle superfici dei cilindri costituisce una buona occasione per riprendere le relazioni di proporzionalità tra grandezze: a parità di pressione, la forza esercitata su una superficie è direttamente proporzionale all’area della superficie, mentre a parità di forza la pressione è inversamente proporzionale alla superficie sulla quale tale forza agisce.

Per mostrare ai ragazzi una verifica sperimentale del principio di Pascal si può proporre la seconda parte del video Mi domando La legge di Stevino e il principio di Pascal: a partire dal tempo 2:00 circa, l'autore mostra come la pressione esercitata su un fluido si propaghi inalterata in tutte le sue parti. Anche in questo caso, se lo si ritiene utile, si può chiedere ai ragazzi di ripetere l'esperienza a casa e di filmare le proprie prove condividendole con i compagni su una chat di classe.

Per esplorare ulteriormente le possibilità applicative del principio di Pascal si può proporre l'approfondimento I freni a disco.

Per approfondire la figura di Blaise Pascal è disponibile la scheda biografica e a integrazione di questa, si può proporre il breve video Pascal e il pensiero tra fede e ragione, in cui il filosofo della scienza Giulio Giorello delinea la vita dello scienziato e pensatore francese e i temi di riflessione a lui cari.

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 principio di Archimede

La lezione sul principio di Archimede può avvalersi di diversi materiali: il filmato Le portaerei e il principio di Archimede per introdurre l'argomento con un caso che colpisce l'immaginazione e stimola l'interesse dei ragazzi; il disegno attivo La spinta idrostatica per verificare il principio attraverso un’analisi sperimentale.

Dopo una lezione frontale condotta sulla traccia delle slide, si può proporre ai ragazzi un'altra attività sperimentale da svolgere a casa con materiali facilmente reperibili, quali una bacinella d'acqua e qualche ortaggio (una patata, un peperone, una mela e un'arancia). La illustra l'autore nel video Mi domando Il principio di Archimede: i ragazzi dovranno immergere gli ortaggi in acqua, uno alla volta, e valutarne il galleggiamento o l'affondamento. Nel caso dell'arancia potranno fare la prova con e senza buccia e osservare che cosa cambia, provando a spiegare perché. Potranno documentare le loro esperienze con foto o brevi video da condividere sulla chat di classe. Nella lezione successiva, i racconti dell'esperimento e i commenti ai materiali condivisi potranno animare un confronto utile a fissare i concetti e a chiarire eventuali dubbi.

Il paragrafo offre anche ulteriori spunti di approfondimento: la scheda biografica su Archimede rappresenta un’occasione per riflettere sui contributi di uno dei più grandi scienziati dell’Antichità.

Infine, la scheda Fisica e realtà sulla discesa nella fossa delle Marianne (a quasi 11000 metri di profondità) costituisce un'interessante applicazione del principio di Archimede in un contesto estremo.

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. La pressione atmosferica

In questo paragrafo si guidano i ragazzi a familiarizzare con la pressione atmosferica, un fenomeno che in genere trascurato perché difficile da percepire. Per renderci conto che in realtà "viviamo in un oceano di aria", come dice l'Autore, si può proporre ai ragazzi la visione del video Mi domando La pressione atmosferica.
Osservazioni e commenti, e la risposta alla domanda con cui si congeda l'Autore, potranno animare un dibattito in cui potranno emergere dubbi e spunti di approfondimento.
Nel corso della lezione ci si potrà avvalere anche del disegno attivo La pressione atmosferica che illustra l'esperimento di Torricelli.

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 approfondire, la scheda Il barometro offre uno spunto per indagare sul principio di funzionamento dello strumento. Se lo si ritiene utile, si può proporre agli studenti di integrare il contenuto della scheda con ulteriori informazioni da reperire in Rete.

Chiude l'Unità la scheda interdisciplinare di Fisica e letteratura La magia del volo, che riporta un brano antologico tratto dal romanzo Staccando l'ombra da Terra di Daniele Del Giudice. Seguendo i suggerimenti delle attività proposte, in particolare delle prime due, sarà interessante per i ragazzi trovare nel brano le nozioni scientifiche che spiegano il meccanismo del volo, espresse con leggerezza e arguzia letterarie. In particolare, potranno apprezzare il gioco di parole dell'Autore quando dice che il volo è l'unico caso in cui "la depressione [...] ci solleva in alto".

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 28-29-30
Risposte ai quesiti 56-63

Per il CLIL

Si può proporre agli studenti la scheda A bit of Physics Archimedes and the golden crown, che presenta una lettura in inglese, accompagnata da traduzione in italiano 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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