“La fisica sott’acqua” -...

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1XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale

“La fisica sott’acqua”Percorso di didattica laboratoriale per studenti delle

scuole superiori di secondo grado.

11/10/2012

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2XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale

•Necessità di innovare la didattica nella scuola superiore in

particolare delle scienze cosiddette “dure” fisica, matematica

e chimica.

•Giudizio negativo da parte degli studenti poco motivati a

studiarle perché le ritengono troppo difficili e astratte,

spesso avulse dalla realtà.

• Facile dimostrare il contrario cioè di come buona parte

della tecnologia e del progresso attuale devono la loro

esistenza agli sviluppi della fisica della matematica e della

chimica.

11/10/2012

PREMESSA

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3XCVIII Congresso Nazionale SIF – Napoli 17 – 21 Settembre 2012 – Fabrizio Favale11/10/2012

Unisce

una disciplina ludico sportiva

come la subacquea

con

una materia di studio ritenuta

ostica come la fisica.

MOTIVAZIONI

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La subacquea è una pratica che ha visto in questi anni aumentare

moltissimo i suoi praticanti,

senza la dovuta conoscenza dei principi fisici che

regolano il comportamento dei corpi nei fluidi (acqua).

Nella subacqua poi si ritrovano gran parte dei principi e delle

leggi fisiche che si affrontano non di rado solo teoricamente in un

consueto percorso scolastico.

•Argomenti spesso ritenuti “elementari” da

riservare alle scuole medie o elementari.

•non sono considerati nei programmi

affettivamente svolti

•svolti in maniera superficiale sbrigativa se non

parziale

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Sperimentare direttamente sul proprio corpo i

principi studiati

Effettuare vere e proprie misure sperimentali in

un laboratorio “speciale” cioè in acqua

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MOTIVAZIONI

Argomento è apparentemente semplice ma nasconde insidie

concettuali e interpretative: stimolante.

Argomento che può essere trattato a diversi livelli anche di

complessità matematica comunque accessibili a studenti delle

superiori.

Argomento ricco di agganci con la vità quotidiana.

Sono possibili numerose dimostrazioni sperimentali: ideale per una

didattica laboratoriale.

E’ possibile realizzare un laboratorio “povero”.

Aspetti interdisciplinari interessanti con sienza della terra,

biologia, architettura (fontane...).

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2009: con due classi (45 allievi) del quarto anno dell’Istituto di

Istruzione Superiore C. E. Gadda di Paderno dugnano indirizzo

grafico.

2010: nell’ambito di un progetto Learningweek in Sardegna con

25 allievi del Liceo Scientifico Breda di Sesto S.Giovanni

(Milano).

2012: nell’ambito delle iniziative del PLS al Dipartimento di

Scienza e Alta Tecnologia dell’Università degli Studi dell’Insubria

di Como con 45 allievi dei licei del territorio comasco. Sviluppato

su 5 giornate per un totale di 20 ore.

LA STORIA

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METODO

Integrazione tra concetti e definizioni teoriche e dimostrazioni

sperimentali contestuali

molto materiale in aula preparato in precedenza

Lezioni frontali teorico-dimostrative

Gli allievi sono stati invitati ad anticipare i risultati con

loro previsioni e a commentare criticamente la dimostrazione

suggerendo eventuali modifiche o agganci con altre situazioni

Realizzazione da parte degli studenti delle esperienze e delle

dimostrazioni

Attività sperimentale in piscina

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ARGOMENTO ESPERIENZA/DIMOSTRAZIONE In Piscina

Definizione Pressione

Principio di Pascal Pallone di Pascal, Torchio idraulico con coppia di siringhe

Legge di Stevin Vasi comunicanti, manometro a U , paradosso idrostatico,

bottiglia zampillante con fori ad altezze diverse, le livelle

dei muratori.

Fontana di Erone

Misura del volume polmonare vitale, misura della spinta (sforzo

massimo) massima polmonare,

Calcolo delle pressioni

assolute e relative

Necessità per un subacqueo di sapersi destreggiare con le

pressioni alle varie profondità (mare) e altitudini diverse

(laghi)

Variazione dello sforzo polmonare necessario per gonfiare un

palloncino fuori ed dentro l’acqua (uomo fuori-palloncino fuori ,

fuori- dentro, dentro-fuori, dentro-dentro)

La pressione atmosferica Emisferi di Magdeburgo, ventose, foglio di giornale e

bacchetta, analisi approfondita dell’esperienza del bicchiere

rovesciato pieno d’acqua e chiuso con un foglio di carta ,

esperimento di Torricelli (ripetuto poi in piscina ),

svuotamento di un cilindro rovesciato parzialmente

riempito d’acqua, varie esperienze con la campana a vuoto.

Simulazione del comportamento dei gas nelle operazione di

estrazione del petrolio sulle piattaforme marine, la campana di

Alexander, compensazione delle orecchie nelle immersioni,

svuotamento della maschera di un sub, compensazione della

maschera, calcolo e gestione delle pressioni parziali dei gas respirati

in immersione

Spinta archimedea e

galleggiamento

Misura della spinta archimedea con diverse tecniche,

diavoletto di Cartesio, uovo sospeso tra due liquidi di

densità diversa (acqua dolce e acqua salata).

Effetto spinta archimedea nei sistemi con accelerazione

orizzontale. Forza di galleggiamento derivante da moti

circolari (centrifughe)

Esperienze di galleggiamento del proprio corpo: al variare della

distribuzione delle masse (zavorre), dei volumi (repirazione) della

contrazione dei muscoli,baricentro e centro di galleggiamento.

Simulazione comportamento sottomarino. Modello di diavoletto di

Cartesio. Modello (scatola con pareti elastiche) per visualizzare gli

effetti della differenza di pressione su superfici poste a quote

diverse. Pivoting e hovering in subacquea.

Leggi dei gas Con le siringhe, beuta chiusa con un palloncino e scaldata, Verifica della legge di Boyle con un cilindro graduato e rovesciato

immerso inprofondità in acqua

Legge di Dalton e legge di

Henry

Principio di azione e reazione Gioco del tiro alla fune in immersione

Ottica geometrica Osservazione dell’esistenza dell’angolo limite di riflessione totale e

tentativo di misure. Visione sott’acqua

Legge di Bernoulli Tubo di Venturi, effetto Coanda, effetto Magnus. Profilo

alare. Fontana di Erone

Erogatore per autorespiratore, determinazione dell’altezza del

getto d’acqua uscente da un cono aperto da entrambe le estremità

mentre viene immerso.

CONTENUTI

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L’ATTIVITÀ IN PISCINA

2 giorni – 8 ore totali – profondità max 4m

Esperienze a corpo libero in acqua

Misure di capacità polmonare e galleggiamento

Misure introduttive per la definizione di corretto assetto

Prova di immersione con ARA (AutoRespiratore Aperto)

supporto di istruttori certificati

Misure ed esperienze in immersione:

•Legge di Boyle

•Sommergibile

•Tiro con la fune

•Visualizzazione legge di Stevin

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VERIFICA DELL’ATTIVITÀ

A. Verifica dei livelli di apprendimento

stesso questionario a risposte chiuse e aperte all’inizio e alla fine del percoso;

durante le lezioni non si è fatto cenno alle risposte corrette del questionario ma sono

stati trattati gli argomenti correlati.

Da una prima analisi dei risultati prima e dopo il corso, si può

affermare che diverse risposte sono state corrette nel senso

della risposta giusta (1, 2, 3, 7, 8), mentre per le altre le

percentuali di risposte corrette non è significativamente

cambiata.

Per un’analisi più significativa è necessario un compione statistico

più numeroso e più vario.

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VERIFICA DELL’ATTIVITÀ

B. Questionario di valutazione (non solo gradimento) on line

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CONCLUSIONI

•Percorso fortemente motivante

•Fortemente laboratoriale: tutte le dimostrazioni vanno

preparate e provate in anticipo

•Buon lavoro di equipe tra docente e istruttori sommozzatori

•Difficile da realizzare senza aiuto esterno

•Problemi di badget senza sponsor

•E’ stato valutato positivamente dagli studenti soprattutto

sulle caratteristiche del coinvolgimento e dell’attività

sperimentale: è stato centrato lo spirito del progetto

•Indica una chiara direzione di lavoro nella preparazione dei

percorsi didatici: integrazione più stretta tra teoria e

laboratorio che devono essere contestuali

•Indica la necessità di una formazione dei docenti più efficace

non solo sui contenuti ( ma anche ) ma soprattutto sulla

metodologia

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GRAZIE PER L’ATENZIONE

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