Le leggi della dinamica

Percorso collegato al Capitolo 5 del volume Dialogo con la Fisica – Secondo biennio e quinto anno, di James S. Walker.

Capitolo 5 Le leggi della dinamica

Proponiamo un esempio di percorso didattico relativo al Capitolo 5 del volume 1, Le leggi della dinamica, mediante il quale è possibile organizzare la didattica a distanza.
Il testo di riferimento è disponibile per i docenti e gli studenti sia sotto forma di libro digitale statico (ITE), sia sotto forma di libro liquido (ITE plus) 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.
Ricordiamo che l’intera Guida per il docente in formato PDF è scaricabile dall’ITE (Area docenti).

Per cominciare: preparare i materiali

Da questo link è possibile scaricare le Lezioni in Power Point, un unico file relativo all’intero capitolo, organizzato per paragrafi, che può essere adattato e modificato a proprio piacimento, eventualmente estrapolando i contenuti relativi a uno o più paragrafi.
Facciamo presente che le slide contengono, oltre a un’esposizione sintetica della teoria, anche l’intero testo dei Problem solving nell’ordine in cui compaiono nel volume.

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), della durata massima di 10-15 minuti, intervallati da momenti esercitativi o di confronto, come proposto di seguito per i paragrafi considerati.

Paragrafo 1. La dinamica newtoniana

Il primo paragrafo di questo capitolo può essere proposto alla classe in modalità capovolta (lettura del testo, su carta o in digitale, prima della lezione a distanza), e poi ripreso con l’aiuto delle slide nei primi minuti di lezione. A titolo di verifica, si può richiedere a uno o più studenti di condividerne uno schema in formato digitale, e/o di elencarne le parole chiave via chat prima che inizi la lezione.

Si potrà inoltre chiedere ai ragazzi, prima di affrontare il capitolo, di documentarsi attraverso una ricerca online sulla biografia di sir Isaac Newton, che apre a innumerevoli spunti interdisciplinari (storia, filosofia, inglese). 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.
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.

Paragrafo 2. La prima legge della dinamica

In questo paragrafo si introducono alcuni concetti fondanti dell'intera disciplina: l'inerzia dei corpi, i sistemi di riferimento inerziali e non inerziali, il principio di relatività.
Per illustrarli efficacemente, nel corso della lezione si suggerisce di attivare le figure animate 2 e 3:
Sistema di riferimento inerziale
Sistema di riferimento non inerziale

Gli stessi video potranno essere consigliati a fine lezione per lo studio o il ripasso in autonomia.

Dopo aver esposto i contenuti del paragrafo, si può richiedere ai ragazzi di attivare, dal libro liquido o dal proprio smartphone tramite QRcode (utilizzando MyApp o una qualunque app per la lettura dei QRcode), il Video tutor demonstration Suspended balls – Which string breaks?, che offre uno spunto di riflessione ragionata sul concetto di inerzia. Il video è in lingua inglese, ma è possibile impostare i sottotitoli in inglese o in italiano (ed è dunque un utile esercizio per il CLIL).

Paragrafo 3. La seconda legge della dinamica

È questo un altro paragrafo fondamentale, la cui comprensione costituisce un passaggio imprescindibile nello studio dei fenomeni fisici.
Anche in questo caso, oltre alla spiegazione frontale con l’aiuto delle slide, può essere utile la visione della figura animata Relazione tra accelerazione, forza e massa, che descrive i contenuti delle figure 4 e 5 del testo chiarendo la relazione tra le tre grandezze protagoniste della seconda legge.

Cuore del paragrafo è la scheda dedicata al Problem solving 1 La forza del lanciatore, che permette un primo approccio, mediato, all’applicazione dei concetti esposti e che, se oggetto di studio approfondito, trasferisce con efficacia un metodo per la risoluzione dei problemi.
Queste schede di Problem solving sono integrate per intero nelle slide di Power Point e quindi risultano immediatamente disponibili per un’esposizione guidata alla classe.
Dopo aver spiegato passo passo il problema seguendo la traccia, si può proporre agli studenti di svolgere il problema proposto nel box Applica subito: perché funga da autoverifica efficace, i ragazzi dovranno cimentarsi nella sua risoluzione senza guardare lo svolgimento e consultarlo solo al termine, per verificare la correttezza della propria strategia risolutiva.

Infine, con riferimento ai primi 3 paragrafi, si possono assegnare a casa alcuni problemi a scelta tratti dalle pp. 226-227 a fine capitolo.

Paragrafo 4. La terza legge della dinamica

Anche i contenuti esposti in questo paragrafo (il principio di azione e reazione) sono di cruciale importanza e spesso soggetti a fraintendimenti. Per questo è importante prevedere, a valle della spiegazione, alcune attività esercitative che permettano di intercettare subito eventuali difficoltà.
Suggeriamo anzitutto la visione della figura animata: Esempi di coppie di forze azione-reazione.

Dopo aver spiegato passo passo il Problem solving 2 Incontro al lago (seguendo la traccia nel Power Point), si può proporre agli studenti la risoluzione del Prova tu posto in chiusura: si può lasciare un tempo stabilito e poi, al termine, chiedere a uno o più di loro di esporre il risultato, condividendo la strategia risolutiva.

Per un ulteriore approfondimento sulla seconda legge della dinamica proponiamo due possibili attività da svolgere in modalità di classe capovolta.
Nella prima, due o tre ragazzi possono incaricarsi di preparare a casa una lezione sui contenuti della scheda La fisica risponde, Caduta libera e velocità di regime: sarà loro compito trovare come si ricava la formula della velocità di regime raccogliendo la proposta del Prova tu posto in chiusura: si tratta di un unico passaggio matematico, ma di soddisfazione!

Un altro gruppo di studenti, dalle inclinazioni più umanistiche, potrebbe occuparsi di un'esposizione dei contenuti della scheda Dialogo con la filosofia, Newton e i principi della dinamica, che allarga lo sguardo sulla seconda legge di Newton osservandola da un punto di vista filologico: sarà interessante per i ragazzi scoprire che Newton l'aveva formulata senza potersi avvalere né del formalismo dei vettori né della teoria delle equazioni, ma riferendosi soltanto al concetto di proporzionalità.
L'attività al termine della scheda è uno stimolante esercizio interdisciplinare di traduzione di uno stralcio del testo originale di Newton.

Al termine della lezione sul paragrafo 4 si possono assegnare problemi scelti tratti dalle pp. 227-228.

Paragrafo 5. Applicazioni delle leggi della dinamica

Questo paragrafo, come dice il titolo stesso, è sostanzialmente applicativo.
Vi si passano in rassegna alcune situazioni comuni in cui entrano in gioco le tre leggi della dinamica. In particolare:
- caduta libera;
- moto lungo un piano inclinato, con l’ausilio della figura attiva: Seconda legge della dinamica nel moto lungo un piano inclinato
- moto in presenza di attrito, con l’ausilio della figura attiva: Seconda legge della dinamica nel moto lungo un piano inclinato in presenza di attrito

Il paragrafo contiene due box Applica subito (2-3), che suggeriamo di proporre ai ragazzi per una sessione di studio autonomo in preparazione alla risoluzione dei problemi.
Si possono infine assegnare a casa dei problemi a scelta tra quelli che si trovano a fine capitolo a p. 228.

Paragrafo 6. Il moto armonico

Gli studenti incontrano qui per la prima volta, in relazione alla forza elastica di richiamo, la descrizione dell’oscillatore armonico e del moto armonico semplice.
Le figure attive che animano la sequenza di illustrazioni:
L’oscillatore armonico
Diagramma della posizione in funzione del tempo nel moto armonico semplice
La legge oraria del moto dell’oscillatore armonico
risultano preziose per accompagnare lo studente nel passaggio, non banale, dall’osservazione del moto armonico di una massa oscillante (in questo caso, un carrello su rotaia a cuscino d’aria) alla rappresentazione grafica della legge oraria dell’oscillatore stesso.

Dopo aver spiegato passo passo il Problem solving 3 Una misurazione ingegnosa (seguendo la traccia nel Power Point), si può proporre agli studenti la risoluzione del Prova tu posto in chiusura; si suggerisce di dare un tempo stabilito e poi chiedere a uno o più di loro di esporre il risultato, condividendo la strategia risolutiva.

Chiude il paragrafo l'analisi di un sistema fisico celebre, il pendolo semplice, le cui oscillazioni, se l'ampiezza è piccola, seguono le leggi del moto armonico.
Per movimentare e alleggerire la lezione segnaliamo la gradevole lettura proposta a fine paragrafo tratta da Vita degli uomini illustri di Achille Campanile. Uno dei ragazzi potrebbe incaricarsi di documentarsi per introdurlo, spiegando ai compagni a che tipo di esperimento si riferisce il dialogo umoristico riportato, e come sia stato possibile dimostrare la rotazione della terra "col pendolo" (e non "colpendolo"!). Nel corso delle sue ricerche, lo studente incaricato potrebbe scoprire tra l'altro che Achille Campanile attribuì erroneamente a Galileo la dimostrazione della rotazione terrestre mediante l'uso del pendolo: la dimostrazione è successiva e si deve al fisico francese Léon Foucault.
Se lo si ritiene utile, per un approfondimento su questo interessante argomento interdisciplinare si può proporre il video del Gruppo Astrofili Cremonesi Il Pendolo di Foucault (circa 9 minuti) in cui si assiste a una rigorosa ripetizione dell'esperimento, accompagnata da spiegazioni e gustosi racconti storici e aneddotici.

Per il CLIL

Al termine di questo capitolo, per il CLIL è disponibile la scheda di approfondimento Mass Spectrometry, completa di apparato didattico e di audio in lingua inglese.

Per il ripasso e la verifica in autonomia

Al termine di ciascuna lezione o di un gruppo di lezioni lo studente può avvalersi di una serie di strumenti multimediali per il ripasso e la verifica, assegnabili di volta in volta al momento opportuno e accessibili dall’ITE (libro digitale).

Per il ripasso è disponibile l’Audiosintesi (testo illustrato + audio) di tutti i paragrafi.

Per l’autoverifica in autonomia è disponibile il Test interattivo di fine capitolo.

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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