L’equilibrio dei solidi

Percorso collegato al Capitolo 4 del volume Fisica. Idee e concetti – Secondo biennio e  quinto anno, di James S. Walker.

Capitolo 4 L’equilibrio dei solidi

Proponiamo un esempio di percorso didattico relativo al Capitolo 4 L'equilibrio dei solidi, mediante il quale è possibile organizzare la didattica a distanza.
Il testo di riferimento è disponibile 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. Punti materiali, corpi estesi, corpi rigidi

Questo primo paragrafo contiene la definizione di due modelli fondamentali in fisica, che stanno alla base di tutta la meccanica: il punto materiale e il corpo esteso. Se ne può assegnare lo studio autonomo ai ragazzi e se ne può verificare la comprensione chiedendo a due o tre di loro di portare degli esempi di uno stesso corpo in due situazioni fisiche diverse: una in cui il corpo può essere assimilato a un punto materiale e l'altra in cui il suo comportamento va studiato assumendo il modello di corpo rigido (cioè di corpo esteso indeformabile). Dalle risposte può nascere un momento di confronto (tramite chat o interazione audio/video) da cui l'insegnante può cogliere gli spunti per eventuali chiarimenti.

Paragrafo 2. L'equilibrio di un punto materiale

In questo paragrafo si entra nel merito dell'argomento con l'enunciazione della condizione di equilibrio, la definizione di reazione vincolare e l'analisi di due importanti casi di equilibrio di corpi assimilabili a punti materiali.

Il caso più semplice è quello del corpo appoggiato su un piano orizzontale, che consente di visualizzare bene la condizione di equilibrio e di capire a fondo l'azione della forza vincolare.
La spiegazione del caso successivo, quello del piano inclinato, permette di consolidare la comprensione della forza vincolare e di cimentarsi nella scomposizione di una forza lungo due direzioni perpendicolari.
Per un'immediata applicazione dei concetti si può esaminare con i ragazzi l'esercizio del box Applica subito, in cui la forza equilibrante citata nel caso generale è esercitata da una bambina che trattiene la slitta. Il secondo esempio, quello del leone marino, potrebbe essere assegnato a casa, con la richiesta di provare a svolgerlo senza guida e di consultare lo svolgimento solo al termine, per verificare la correttezza del procedimento.

Paragrafo 3. L'equilibrio di un corpo rigido

Fondamentale per poter svolgere i problemi sull'equilibrio di un corpo rigido è comprendere come si compongono le forze agenti su punti diversi di un corpo rigido. Si possono esaminare i diversi casi in una spiegazione frontale con l'aiuto delle slide, avvalendosi anche delle figure animate (video) disponibili:
Composizione di forze concorrenti
Composizione di forze parallele e concordi
Composizione di forze parallele e discordi.

La lezione può proseguire con un'analisi del Problem solving 1 Lavori in casa. Le schede Problem solving sono riportate per intero sulle slide e possono essere illustrate passo passo, in modo da trasferire ai ragazzi il metodo per affrontare gli esercizi. Al termine si suggerisce di assegnare il Prova tu in un tempo stabilito; allo scadere del tempo si può chiedere a uno o due studenti di condividere con i compagni la strategia risolutiva.

Nella seguente definizione generale di momento torcente compare il seno dell'angolo tra la forza e il braccio: potrebbe essere lo spunto per un ripasso interdisciplinare di matematica, da affidare eventualmente a due o tre ragazzi. Gli incaricati potrebbero preparare una slide con le proprietà trigonometriche del seno ed esporle ai compagni in una breve videolezione condotta da loro.
La spiegazione sul significato fisico del momento torcente, invece, merita una lezione approfondita; si può avvalere della figura animata Momento torcente prodotto da una forza in direzione qualsiasi che visualizza bene la ragione per cui, per produrre una rotazione, una forza applicata a un corpo rigido deve avere una componente tangenziale. Questo aspetto viene poi approfondito nel Problem solving 3 In che verso gira il timone? che si può illustrare ai ragazzi come esempio applicativo, sempre facendo riferimento alle slide.

Il paragrafo si conclude con la condizione di equilibrio per il corpo rigido, illustrata nel caso di un bambino seduto su una tavola di legno sorretta alle estremità. Per arricchire la spiegazione si può visualizzare la figura animata Equilibrio statico di un corpo rigido in cui risulta molto chiaro come la condizione di equilibrio sulla forza risultante non sia sufficiente a garantire l'equilibrio, ma sia necessaria una seconda condizione, che è quella sul momento torcente totale.

Per consolidare i concetti si possono infine assegnare a casa i quesiti di Fissa i concetti chiave posto al termine del paragrafo. La disamina delle risposte permetterà di intercettare i nodi e spianarli con spiegazioni mirate.

Paragrafo 4. Baricentro ed equilibrio

Nel diagramma delle forze di un punto materiale tutte le forze si applicano all'unico punto di cui si immagina costituito il corpo, ma dove si applica la forza peso in un corpo rigido?
Per illustrare la definizione di baricentro ed esaminare i diversi casi di equilibrio stabile, instabile o apparente, si potrà attivare la figura animata Stabilità dell'equilibrio per un corpo sospeso.
Il caso della figura vale per corpi appesi, ma la classificazione di equilibrio si può facilmente estendere anche ai corpi appoggiati.

Paragrafo 5. Le leve

I tre tipi di leve e i relativi esempi si possono considerare applicazioni dell'equilibrio: si può quindi assegnare a casa lo studio di questo paragrafo e verificarne la comprensione nel corso di una lezione sincrona successiva.
Lo studio autonomo dei ragazzi può avvalersi della figura animata Un semplice modello di leva.
Si può anche suggerire la visione del video TED-Ed L'incredibile matematica delle leve (in inglese, con possibilità di attivare sottotitoli in italiano): con una grafica accattivante e una narrazione avvincente, illustra in modo efficace il principio fisico delle leve e le loro potenzialità applicative.

Per il CLIL

Al termine di questo capitolo, per il CLIL è disponibile la scheda di approfondimento Mechanics and Machines, 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 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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