Tradotto da Rocco G. Maltese.
Keith Gibbs insegnante di fisica condivide alcune delle sue molte dimostrazioni ed esperimenti di fisica adatte ad essere realizzate in classe.
da Floortje / iStockphoto
Durante i suoi 30 anni di insegnamento della fisica, mi sono imbattuto in molte dimostrazioni interessanti e idee per l’insegnamento – spesso suggeriti da parenti, colleghi, amici, ed ex studenti. Nel 2000 ho iniziato a mettere insieme queste idee – questa è stata la base per il sito web Schoolphysics – e il relativo CD-ROM contenente la collezione degli articoli. Nel tempo, ho aggiunto altre dimostrazioni e supporti per gli insegnanti che non sono abilitati nell’insegnamento della fisica.
Qui di seguito si riportano quattro idee tratte dalla collezione. Spero che ne troviate almeno una nuova, che vi sfiderà, suoi contenuti e vi potrà divertire, e che queste idee portano verso la popolarizzazione dei contenuti e sorprendono le persone di quanto la fisica possa essere interessante e divertente.
Adatto per età: 13-15
da Keith Gibbs
Questo semplice esperimento dimostra che la pressione di vapore saturo dell’acqua dipende dalla temperatura. Si può realizzare meglio se si cerca di proteggersi mediante uno schermo tra l’apparecchiatura e gli studenti.
Il vapore si condenserà all’interno della fiasca, riducendo la pressione e permettendo all’acqua di tornare a bollire. Quando l’acqua smette di bollire, versare dell’ulteriore acqua sulla fiasca. Di quanto potrete abbassare la temperatura ed osservare allo stesso tempo bollire l’acqua? Sareste in grado di fare bollire l’acqua a 40 °C – io ho osservato bollire l’acqua alla temperatura del corpo umano (37 °C)!
Indossare occhiali da laboratorio. Sebbene improbabile, è possibile che la fiasca si rompa, così è meglio interporre uno schermo di sicurezza tra l’esperimento e gli studenti. Possibilmente ponetevi anche voi al di là dello schermo. Date un’occhiata anche alle note generali sulla sicurezza.
La spiegazione è che la pressione di vapore saturo dell’acqua dipende dalla temperatura: più bassa è la temperatura, l'aria può contenere meno vapore acqueo (cfr. tabella 1). Quando l'acqua si condensa, si abbassa la pressione nella fiasca – e questo, naturalmente, permette che l'acqua possa bollire a meno di 100 °C.
Temperature |
Pressione di vapore saturo |
---|---|
37 °C | 0.06 x 105 Pa |
60 °C | 0.19 x 105 Pa |
75 °C | 0.38 x 105 Pa |
85 °C | 0.57 x 105 Pa |
100 °C | 105 Pa |
Un metodo più semplice è quello di riempire parzialmente (circa il 20%) una siringa con acqua tiepida 50-60 ° C. Quindi tirare su lo stantuffo della siringa. Questo riduce la pressione nella siringa, facendo bollire l'acqua a ben al di sotto dei 100 °C.
Per età: 14-18
Questa è una semplice dimostrazione dell’esistenza della forza centripeta.
concessa da Keith Gibbs
divertimenti dovrebbero
ringraziare la forza
centripeta
Immagine gentilmente
concessa da inabeanpod;
fonte immagine: Flickr
La forza esercitata sulla moneta fornisce la forza centrifuga, e agisce sempre verso il centro di rotazione.
Quante monete riuscite a bilanciare sulla stampella metallica rotante? Il mio record è di cinque monete da un penny. Con un solo penny e con grande attenzione, sono riuscito a portare a fermare la stampella metallica senza far cadere la moneta.
Adatto ad età tra 16-18
Questa è una simulazione in scala del separatore elettromagnetico che si usa nell’industria per separare i metalli non-ferrosi da altri ritagli non-metallici, ed è adatto alla dimostrazione di un insegnante.
un separatore
elettromagnetico utilizzato
nell’industria.
Immagine cortesemente
concessa da ZargonDesign/
iStockphoto
L’elettromagnete ad AC induce delle correnti parassiti all’interno dei ritagli di alluminio. Queste correnti trasformano i ritagli in piccoli elettromagneti che quindi vengono respinti dall’elettromagnete più grande e così volano via dal cartoncino. Con ritagli no metallici non viene indotta alcuna corrente e così i pezzettini di materiali rimangono sul cartoncino.
In una versione a nastro di questo esperimento, pezzetti ferrosi e non ferrosi sono sistemati sul nastro che attraversa un elettromagnete a AC. Questo induce nei pezzetti metallici delle correnti parassite, i quali sono espulsi dal campo e volano ai lati del nastro rotante mentre gli altri elementi rimangono sul nastro. Vi potrebbero essere delle scuole in grado di costruire una versione analoga ad uso dimostrativo, utilizzando del materiale contenente pezzi di carta e di alluminio.
concessa da Keith Gibbs
Età interessate: 11-18 a seconda del periodo in cui si introduce la teoria.
Questa è una dimostrazione veramente interessante riguardante la relatività generale, utilizzando un blocco di legno che galleggia in un barattolo pieno d’acqua che è sospeso su una molla.
computer del cielo notturno,
dove si vede un buco nero
con una massa dieci volte
quella del Sole, osservato da
una distanza di 600 km. La
Teoria di Einstein della
relatività generale permette
che si calcolino i dettagli
della struttura di un buco
nero. Si pensa che i buchi
neri siano generati dalla
distorsione dello spazio
tempo, e hanno un volume
zero e una densità infinità.
Immagine cortesemente
concessa da Ute Kraus; Fonte
dell’immagine: Wikimedia
Commons
Di quanto si immerge il blocco di legno e di paglia, dipende sia dal peso (non dalla massa) e la spinta di galleggiamento. Il galleggiamento dipende dal peso dell’acqua spostata. Così, al variare dell’accelerazione del recipiente e del blocco, il peso del blocco e il galleggiamento varia in proporzionalità diretta di uno rispetto all’altro; come risultato, il livello al quale il blocco galleggia rimane invariato all’oscillazione dell’apparato.
Gli oggetti sottoposti ad accelerazione si comportano nello stesso modo come si trovassero in un campo gravitazionale. Se il recipiente e il suo contenuto oscillano, entrambi hanno un’accelerazione che è dovuta sia al campo costante gravitazionale della Terra e il moto armonico semplice dell’oscillazione.
Mentre il recipiente si muove verso l’alto, la sua accelerazione netta è maggiore del campo gravitazionale della Terra e quando scende, la sua accelerazione è minore di quella del campo gravitazionale della Terra. La sezione del moto riguardante la discesa, è come se il recipiente fosse sulla Luna dove l’accelerazione gravitazionale è minore di quello della Terra.
Questa dimostrazione è molto utili per l’equivalenza tra campo gravitazionale e campo inerziale.
Gli editori di Science in School vorrebbero ringraziare Catherine Cutajar e Gerd Vogt per il loro aiuto nella selezione degli esperimenti da includere nel presente articolo.