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Stephen Gray - Una strada sbagliata verso la Conduzione Elettrica

1. Titolo e Parole Chiave

Stephen Gray - Una strada sbagliata verso la Conduzione Elettrica

Parole Chiave: elettricità statica, repulsione elettrica, attrazione elettrica, conduzione elettrica, Stephen Gray, Isaac Newton, sistemi sperimentali

2. Autori e Istituzioni

Andreas Henke, Università di Brema/Germania Dietmar Höttecke, Università di Kaiserslautern /Germania

3. Abstract

Questo case study, relativo agli esperimenti di Stephen Gray sulla conduzione elettrica, è il quarto episodio in una serie che riguarda la storia dell'elettricità. Il punto principale di questa fase è la scoperta e la ricerca, svolta da Stephen Gray, sulla capacità dei materiali di condurre l'elettricità. Questo episodio è adatto per studenti della scuola secondaria, fra i 12 e i 15 anni di età. Formati con l'impostazione di Gray, gli alunni fanno esperienza dello sviluppo dei suoi apparati sperimentali durante la sua ricerca e di come, nonostante conclusioni premature e percorsi indiretti, tuttavia poté formulare una distinzione tra materiali conduttori e non-conduttori. Gli alunni sono in grado di ricostruire questo processo e quindi di riflettere sul concetto che, sotto determinate condizioni, la conoscenza scientifica dovrebbe essere considerata come ipotetica e provvisoria. Gli studenti possono ricostruire loro stessi il processo di Gray di sviluppo di apparati sperimentali tramite la sperimentazione o sulla base dei materiali forniti.

In questo modo, essi saranno in grado di acquisire un'idea realistica sul ruolo giocato dagli apparati sperimentali nel processo di ricerca. Altri concetti fondamentali di elettricità, che possono essere affrontati in questa fase, utilizzando gli esempi della ricerca di Gray, sono l'induzione elettrica e la sovrapposizione tra forze elettriche e magnetiche.

4. Descrizione del case study

In questa fase gli studenti possono ricostruire l'origine dell'idea che l'elettricità può diffondersi o muoversi all'interno dei materiali. Essi prendono parte alla ricerca di Gray e inoltre fanno esperienza delle strade sbagliate che egli ha intrapreso sul suo cammino. All'inizio, suggeriamo una breve fase introduttiva sulla vita e la ricerca di Stephen Gray. I dettagli si trovano nei Paragrafi 5.1.1 e 5.1.2. Gli alunni possono inoltre acquisire informazioni, per esempio in lavori di gruppo, sugli argomenti menzionati sotto e presentare i propri risultati - il Materiale 4 ha questo scopo.

I seguenti punti sono importanti:

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• Le sue origini, la professione e la situazione economica costantemente precaria;

• Il suo interesse per l'astronomia e il brillante lavoro in questo campo;

• La soppressione dei risultati di Gray da parte di Isaac Newton e le conseguenze di ciò;

• Il periodo che Gray passò in un ospizio per poveri di Londra e i suoi primi esperimenti effettuati lì;

• L'attività che Gray ha svolto insieme ad altri scienziati del suo tempo come Granville Wheeler o Charles du Fay (collegamento con il terzo episodio di questa serie);

• La sua necessità di svolgere dimostrazioni spettacolari sull'elettricità per tutta Londra ("Il ragazzo volante"," Conduzione a grande distanza") allo scopo di guadagnare soldi per la sua ricerca;

• L'inaspettato inizio della ricerca di Gray sulla conduttività attraverso il suo primo apparato con un tubo di vetro.

Quest'ultimo punto può essere rafforzato sia con il testo originale di Stephen Gray (si veda Fonte 1) che tramite Esperimenti Dimostrativi con gli apparati 1,2 e 3 (si veda il paragrafo 5.1.2).

In una breve riflessione sulla natura della scienza, gli alunni possono commentare in quale misura la vita di Gray e la sua ricerca contengano elementi tipici della scienza (si veda il paragrafo 5.2). Possibili domande per la riflessione potrebbero essere:

• Quali motivi indussero Stephen Gray a presentare i suoi esperimenti al pubblico? Dove accade qualcosa di simile oggigiorno e perché?

• Fino alla sua morte, Isaac Newton tentò di occultare i risultati delle ricerche di Stephen Gray. Per questo motivo, Gray non poté pubblicarli per molto tempo. Cose simili accadono spesso nella scienza, o si tratta di un caso eccezionale?

Nella seguente fase sperimentale gli alunni possono seguire il percorso di Gray nell'esplorazione della conduzione come una proprietà dei materiali. Gli apparati sperimentali di Gray sono descritti nel paragrafo 5.1.2 e gli esperimenti nel paragrafo 7.

Una caratteristica importante nello sviluppo della ricerca di Gray è la casuale conferma di ipotesi considerate sbagliate da un punto di vista moderno, cioè che la conduttività elettrica è influenzata unicamente dallo spessore del materiale utilizzato. Gray e i suoi colleghi si accorsero per la prima volta del loro errore quando furono costretti - a causa di difficoltà tecniche - a modificare il loro apparato mentre erano già alle prese con il problema successivo. Inoltre, la ricostruzione didattica di questo processo mira all'uso e al significato dei termini: speculazioni, osservazioni, esperimento e apparato sperimentale.

Prima che abbia inizio l'effettiva fase sperimentale:

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• gli alunni dovrebbero essere informati sull'originale obiettivo di ricerca di Gray (testare un tubo di vetro vuoto per vedere se può essere elettrizzato), per esempio usando esperimenti dimostrativi con gli apparati 1, 2 e 3 (si veda il paragrafo 5.1.2)

• dovrebbero essere spiegate le condizioni tecniche (elettrizzazione per strofinio, perdita di elettrizzazione mediante messa a terra)

• dovrebbe essere posta una concreta domanda di ricerca che sia valida per l'intera fase d'indagine (per esempio "Cos'è che implica se un materiale conduce elettricità o no?")

Nel paragrafo 7.1 si possono trovare informazioni sugli esperimenti attuabili in fase sperimentale e sui corrispondenti apparati.

Una possibilità per guidare gli studenti durante i loro esperimenti è di utilizzare il Materiale per gli studenti 1 e 2. Qui, tramite una corrispondenza immaginaria con Gray, gli studenti vengono a conoscenza del suo apparato sperimentale, delle linee di indagine, delle supposizioni e delle osservazioni. Attraverso i compiti di accompagnamento, gli alunni verranno motivati a svolgere loro proprie ricerche o a riflettere sui tentativi scientifici. Al termine di una fase di ricerca, gli studenti possono presentare o discutere i loro risultati, oppure chiedere aiuto al loro insegnante.

Nel Materiale per gli studenti 1 e 2 si trovano anche alcuni suggerimenti di domande di riflessione per l'apprendimento sulla natura della scienza. La corrispondenza contenuta in questi Materiali può servire di rinforzo al precedente compito di ricerca, o può anche servire, se necessario, per fornire un'assistenza ulteriore agli studenti durante gli esperimenti.

5. Contesto storico e filosofico riguardo alla natura della scienza

5.1 Contesto storico

5.1.1 La travagliata carriera di Stephen Gray

Stephen Gray (nato nel Dicembre del 1666 a Canterbury; morto il 7 o il 15 Febbraio del 1736 a Londra) e Charles du Fay furono le figure chiave nella ricerca sull'elettricità tra il 1729 e il 1740. Entrambi iniziarono esaminando fenomeni statici di corpi carichi per poi fare esperimenti sul movimento dell'elettricità. Tuttavia per du Fay la trasmissione dell'elettricità era ancora possibile solo attraverso un "corpo trasportatore", per Gray l'elettricità stessa veniva messa in movimento e trasmessa essa stessa su grandi distanze.

Dopo un'educazione scolastica rudimentale Stephen Gray cominciò presto a lavorare come assistente del padre in una tintoria. (Questo è stato uno dei motivi per cui egli più tardi sostenne l'ipotesi che il colore di una sostanza ha qualcosa a che fare con la sua capacità di essere elettrizzata). Non guadagnando molto, poté approfondire i suoi interessi scientifici, specialmente in astronomia, solamente attraverso un serio studio autonomo e con l'aiuto di amici benestanti che gli permisero di utilizzare le loro biblioteche e i loro strumenti scientifici. Gray cominciò a molare le sue lenti da telescopio e ben presto divenne noto per il suo eccellente lavoro e le sue precise

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osservazioni astronomiche, tra cui nuove conoscenze sulle macchie solari e sulle lune di altri pianeti del sistema solare.

Un'amara battuta d'arresto per Gray fu il fallimento di un osservatorio dove lavorava (Isaac Newton non fu del tutto estraneo alla vicenda, si veda dopo). Ciò costrinse Gray a tornare al lavoro di tintore per un po' di tempo. Per problemi di salute, ottenne una posizione non retribuita come assistente di John Desaguliers (Gray riceveva vitto e alloggio). Desaguliers lavorava per la Royal Society (una società di intellettuali britannici impegnati a promuovere la scienza, anche attraverso pubblicazioni) cercando di mostrare le più recenti conoscenze scientifiche in tutta l'Inghilterra.

La povertà continuava ad attanagliare Gray e fu soltanto con l'aiuto dei suoi amici nell'ottenere una sistemazione in un ospizio per bisognosi e una piccola pensione in riconoscimento per le sue scoperte in astronomia, che potè iniziare i suoi esperimenti sull'elettricità, la maggior parte dei quali nella sua stanza o nei corridoi. (Si veda la figura 8)

Durante la sua vita e ancora oggi, il riconoscimento di Gray come scienziato ha subito, in primo luogo le conseguenze della povertà, che lo ha costretto a pubblicare i suoi risultati tramite altre persone, in secondo luogo il suo status di scienziato amatoriale - infatti seguì solo tardi nella vita la sua vocazione - e terzo, ma anche l'ostacolo più rilevante per il suo riconoscimento, è stata l'influenza di Isaac Newton (si veda la figura sotto i Membri della Royal Society). Newton ebbe una lunga e accesa controversia con un buon amico e sostenitore di Gray, John Flamsteed, e il risultato di ciò fu che non permise che venissero pubblicati molti dei loro articoli. Su Gray, che dipendeva dai suoi rapporti personali e dal sostegno degli altri, ciò ebbe conseguenze fatali: la maggior parte dei suoi articoli poté essere pubblicata per la prima volta soltanto dopo la morte di Newton nel 1727. Infatti nel 1731 e nel 1732 Gray ricevette le prime due Medaglie Copely per il riconoscimento delle sue scoperte - solamente quattro anni prima della sua morte. Anche sul suo letto di morte, Gray parlò al medico di tutti gli esperimenti e delle scoperte che aveva ancora in mente di intraprendere.

Ancora oggi Stephen Gray è molto meno onorato di, per esempio, Benjamin Franklin o di molti altri ricercatori nel campo dell'elettricità, anche se condusse molti più esperimenti di quelli che possono essere trattati in questa sede. Si presume che sia stato bruciato in una fossa comune per gli ospiti del ospizio per poveri dove viveva.

5.1.2 Gli esperimenti di Stephen Gray sulla trasmissione dell'elettricità: l’elettricità come una proprietà della forma o come una proprietà del materiale

Contesto e dettagli

Originariamente, Gray voleva studiare se la capacità di un tubo di vetro vuoto di essere elettrizzato dipende oppure no dal fatto che la sua estremità rimanga aperta o chiusa durante e dopo lo strofinio. A partire dalla scoperta della trasmissione dell'elettrizzazione sviluppò i suoi esperimenti variando continuamente i sui apparati e quindi scoprì che la conduttività dei materiali dipende più dai materiali stessi che dalla loro forma (spessore). Fu così possibile distinguere tra conduttori e isolanti. Al punto 8 è descritta una ricostruzione della ricerca di Gray a scopo didattico.

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L'introduzione del termine isolante fu influenzata da Charles du Fay, (si veda episodio 3) ma nasce da un buon dialogo tra Gray e du Fay. Poiché du Fay sosteneva che i fili di trasmissione di Gray perdevano sempre parte della loro elettricità in aria, suggerì che dovessero essere protetti dall'aria con un involucro isolante.

Lo sviluppo degli apparati sperimentali di Gray

Nel corso della sua ricerca Gray variò continuamente i suoi apparati sperimentali. Soltanto così gli fu possibile - prevalentemente per delle coincidenze - concludere che la trasmissione dell'elettricità dipende davvero dal materiale e non dalla sua forma. I sei stadi più importanti di questo processo e dell'approccio di Gray sono elencati sotto:

1. Tubo di vetro con tappi di sughero L'elettricità viene trasmessa 1 – Fig 2 Il tubo di vetro viene chiuso da uno o da entrambi i lati con un tappo di sughero e quindi strofinato. Si può notare che non solo il tubo, ma anche i tappi sembrano essere elettrizzati. ([2], p. 20 al centro, [1], p.18 in fondo)

2. Tubo di vetro con tappi di sughero e bacchetta con palla L'elettricità viene trasmessa 2 – Fig 3 Una bacchetta viene inserita in un tappo di sughero e una palla d'avorio viene attaccata all'estremità della bacchetta. Se il tappo viene poi messo nel tubo di vetro, anche la palla si elettrizza. ([2], p. 20 in fondo, [1], p. 19 in alto)

3. Tubo di vetro con tappi di sughero e filo con palla L'elettricità viene trasmessa 3 – Fig 4 Questo apparato illustra il passaggio agli esperimenti con la corda di canapa. Un pezzo di filo di canapa, lungo circa 1 m, viene collegato al tappo di sughero e la summenzionata palla d'avorio viene attaccata all'estremità del filo. Se il filo viene sospeso e il tubo di vetro viene strofinato, anche la palla si elettrizza. In una seconda variante, Gray utilizzò un filo più lungo e lo sospese dal balcone. Anche in questo caso pare che la palla si elettrizzi. ([2], p. 21 al centro, [1], p. 19 in fondo)

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4. Corda di canapa in orizzontale, elettrizzata tramite bacchetta di vetro I corpi più spessi trasmettono – Fig 5 Una corda di canapa viene stesa orizzontalmente. Gray ammise che la trasmissione non riusciva. Il motivo: utilizzò spessi chiodi inseriti in aste di legno per sostenere la corda. Egli stesso riconobbe che la carica elettrica veniva trasmessa a terra attraverso i chiodi e le aste e modificò il suo apparato. ([2], p. 25 al centro)

5. Corda di canapa in orizzontale, attaccata a fili di seta I corpi più sottili non trasmettono – Fig. 6 L'ipotesi di Gray: lo spessore determina se il corpo trasmette oppure no (le aste erano spesse). Quindi, egli posò la corda di canapa su sottili fili di seta ed ebbe successo. Così l'ipotesi sbagliata fu confermata (soltanto i corpi sottili non trasmettono); dal momento che la seta è un isolante, se questa è spessa oppure sottile non ha alcuna importanza! Solamente con una successiva variazione nell'apparato e con una nuova linea di indagine quest'idea poté essere corretta. ([2], p. 26 al centro)

6. Lunga corda di canapa – trasmissione a grande distanza I corpi sottili trasmettono! Trasmettitori e non-trasmettitori. Con il suo amico Granville Wheeler, Gray fabbricò una corda di canapa lunghissima, allo scopo di verificare quanto lontano era possibile trasmettere l'elettricità.

Nella variante 6A la corda di canapa era attaccata in una configurazione a zig-zag tra dei fili diritti (figura 7 e 13). A causa del peso della corda di canapa, il filo di seta si rompeva. Wheeler suggerì di utilizzare piuttosto un filo sottile di metallo, che, secondo le ipotesi poste precedentemente, non avrebbe dovuto condurre. Sia Gray che Wheeler ritenevano che l'elettricità non potesse fluire attraverso corpi sottili.

Però, quando essi utilizzarono un filo di metallo, invece che di seta, più sottile, ma più resistente, si accorsero che questo filo conduceva elettricità, contrariamente alle loro aspettative. ([1], p.21 in basso– p.22 in alto).

Essi ne conclusero che non era lo spessore che determinava la conduzione elettrica, ma piuttosto il materiale stesso.

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Così come è possibile distinguere tra materiali elettrizzabili e non-elettrizzabili, si può anche fare la distinzione tra conduttori e non-conduttori.

Essi utilizzarono questa nozione nella variante 6B, e utilizzarono un gran numero di fili di seta paralleli per sostenere la corda di canapa tesa a zig-zag (figura 8 e 9).

5.2 Apprendimento sulla natura della scienza

5.2.1 Deviazioni nella ricerca - conoscenza provvisoria

L'approccio sperimentale di Gray e la conoscenza che maturò in questo modo, rendono chiari i principali componenti del processo di apprendimento scientifico. L'esempio del lavoro di Gray dimostra inoltre che gli scienziati possono anche pervenire a conclusioni (successivamente dimostratesi) sbagliate quando le loro osservazioni si accordano con le loro ipotesi. Dopo la sua prima scoperta, Gray cominciò a fare ricerca più rigorosamente.

Osservava, misurava e proponeva ipotesi basate sulle sue osservazioni. Progettava una serie di nuovi esperimenti per verificare le sue ipotesi. Tutti questi sono elementi importanti della ricerca scientifica. Questo case study mostra che una tale indagine non è un metodo perfetto, conduce inevitabilmente a fatti concreti, ma può anche, come qui mostrato, per sfortuna o interpretazioni sbagliate, condurre a false prove per la conferma di un'ipotesi.

"L'ignaro ricercatore all'antica" è ovviamente colpevole di tali false conclusioni, come gli alunni spesso immaginano; tuttavia cose del genere accadono continuamente anche nei processi di ricerca moderni. La conseguenza diretta è che la conoscenza in fisica, che è data per "dimostrata" oggigiorno (per esempio che l'universo non è infinito) è allo stesso tempo provvisoria, perché ciò può venire modificato o addirittura definitivamente smentito in un immediato futuro. In conclusione, questa conoscenza non è altro che una complessa struttura di ipotesi che concordano e supportata da osservazioni.

5.2.2 Sviluppo di apparati sperimentali

Durante una ricerca su un particolare argomento o un fenomeno, avvengono quasi sempre continui e graduali cambiamenti nell'apparato sperimentale (quando l'apparato non è stato costruito completamente da zero). L'insieme dei cambiamenti viene guidato dalla linea di ricerca originale, da nuove osservazioni e domande, dagli errori e dalla creatività del ricercatore. Un buon esperimento non nasce improvvisamente completo e pronto per andare o sul tavolo da disegno o nella mente dello scienziato, ma piuttosto continua a svilupparsi tramite domande e problemi che si presentano via via. Alla fine, l'apparato sperimentale può essere completamente diverso da quello che era all'inizio.

L'apparato sperimentale di Gray partì con l’essere un tubo di vetro con tappi, per poi diventare un insieme di centinaia di metri di fili di seta. Comunque, l'ambito della sua ricerca (la trasmissione dell'elettricità) rimase sostanzialmente lo stesso nel tempo.

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5.2.3 La cultura materiale della scienza

I materiali che utilizzava Gray nei suoi esperimenti sono molto diversi da quelli che vengono utilizzati oggi in esperimenti simili. Molti dei materiali che impiegava, come fili di seta o corde di canapa, sono materiali con cui semplicemente noi oggi non veniamo in contatto. Paragonare l'uso di materiali diversi nella sperimentazione al tempo di Gray e oggi può essere utile agli studenti per comprendere come la scienza e gli scienziati vengano influenzati dal contesto culturale in cui si trovano. Questo tipo di influenza esiste ancora oggi e può anche essere un argomento di riflessione per gli alunni. La cultura materiale di un'epoca viene definita come l'insieme dei materiali naturali e artificiali, di macchine, di strumenti, di costruzioni, di vestiti, di gioielli e di prodotti simili che venivano utilizzati a quell'epoca. Inoltre, la funzione che queste cose svolgono nella vita umana fa parte di questa cultura.

La cultura materiale della ricerca nel campo dell'elettricità è stata fortemente influenzata dalle scoperte di Gray; i materiali e gli apparati che utilizzava (come tubi di vetro) divennero rapidamente oggetti comuni nei magazzini degli altri ricercatori e l'utilizzo di fili di seta per l'isolamento elettrico degli oggetti rimase il metodo utilizzato per molto tempo.

5.2.4 Tecnologia, esperimenti e teoria

Nella ricerca scientifica tre cose giocano un ruolo fondamentale, tra l’altro influenzandosi reciprocamente:

1. Tecnologia - per esempio, i generi di artigianato tipico e i materiali disponibili in un particolare luogo e periodo, che vengono utilizzati per realizzare il progetto di un apparato sperimentale. Questa configurazione sperimentale è poi utilizzabile per esempio per verificare una certa ipotesi.

2. Esperimenti - si tratta dei materiali necessari per un particolare apparato e della loro precisa sistemazione, così come dell'esperienza pratica del ricercatore che opera con l'apparato - questo è il nocciolo della ricerca, ma è inutile senza la tecnologia e la teoria.

3. Teoria - le conoscenze pregresse e la preparazione teorica del ricercatore, le sue congetture sull'esistenza di una relazione fra le variabili, i motivi che lo conducono a arrivare alle proprie ipotesi, per spiegare le proprie osservazioni e infine le idee dei ricercatori - tutto questo influenza ciò che cambia nell'esperimento e ciò che ricava da esso.

4. Nessun esperimento reale ed esistente in un processo di ricerca reale ed esistente può essere condotto significativamente senza la pratica. Ciò significa non solo comprendere quali problemi possono verificarsi e come prevenirli, ma comprendere anche la concreta possibilità di farlo. Spesso la scienza è tanto abilità manuale quanto lavoro mentale!

Gli alunni dovrebbero comprendere che gli esperimenti reali non si creano in un istante, pronti a partire premendo un bottone, a verificare rapidamente le ipotesi o a fornire chiari risultati di misura. Piuttosto, uno sviluppo continuo e una regolazione fine fanno continuamente parte del processo. Questo rimaneggiamento costante è importante per il

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lavoro scientifico tanto quanto lo sviluppo delle teorie, l'acquisizione di conoscenza, o la presentazione dei risultati.

5.2.5 Conflitti, intrighi e fortuna nella scienza

L'influenza che Isaac Newton esercitò nella vita di Gray, con la sua ostinazione durante tutta la sua vita contro la pubblicazione dei risultati di Gray, evidenzia chiaramente quanto sia importante il fattore umano nelle scienze. Queste situazioni fecero sì che i risultati di Gray rimanessero sconosciuti a lungo e che la sua situazione finanziaria diventasse sempre più precaria.

Emerge il significato di fama e riconoscimento tanto quanto quello di debolezza umana, rispetto a cui anche scienziati brillanti come Newton non sono immuni. (Per ulteriori approfondimenti si veda 5.1.1 e il materiale informativo degli studenti collegato).

5.2.6 Soggettività ed errori come parte integrante della ricerca scientifica (si veda l'esperimento 5)

L'esperimento 5 e specialmente le affermazioni di Gray su di esso mostrano chiaramente l'influenza della personalità del ricercatore e della sua esperienza di vita sull'interpretazione delle osservazioni e in questo caso anche sulla creazione inconscia di risultati per verificare le proprie idee.

Il lungo lavoro di Gray come astronomo, il suo forte interesse e la precedente conoscenza delle posizioni e dei movimenti delle stelle e dei pianeti, e il suo desiderio di un maggiore riconoscimento dopo il lungo periodo di ostilità da parte di Newton hanno portato, in questo caso, all'inconscia creazione di un moto del pendolo circolare/ellittico, allineato in base alla direzione del moto dei pianeti a lui noti. Forse Gray inizialmente osservò alcuni casi di moto circolare nella direzione "sbagliata", ma a causa della sua convinzione profonda nella sua ipotesi, egli a) soppresse inconsciamente questi risultati, come è possibile in questo tipo di esperimenti col pendolo, oppure b) attribuì questi casi a dei difetti sperimentali.

Altri due punti possono aver sviluppato la sua predilezione verso un tipo di moto circolare:

1. la certezza che poteva utilizzare l'effetto per costruire un modello elettrico-meccanico del sistema solare, tramite il quale poter ottenere un maggiore riconoscimento;

2. la speranza che da questo effetto potesse ideare una teoria (elettrica) in grado di spiegare il moto planetario in tutto l'universo.

Questo tipo di soggettività esiste ovunque nella scienza ed è dannosa; è un influsso inconscio delle credenze dello scienziato, che influenza il processo di ricerca.

5.2.7 La scienza in pubblico

Gray e Wheeler diventarono noti rapidamente con i loro esperimenti su larga scala - per esempio, essi progettarono di tendere una corda di canapa dalla cima di un campanile, allo scopo di creare più distanza nel loro esperimento. Essi eseguirono l'esperimento con il ragazzo sospeso, che veniva

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elettrizzato e poi attraeva piccoli oggetti che gli volavano sulle mani e sul viso. Ogni volta che Gray eseguiva tutto ciò pubblicamente a Londra era un enorme successo.

Con ciò è evidente che gli scienziati sono sempre condizionati dall'accettazione e dal sostegno del pubblico. Questo è stato particolarmente vero per Gray. (Si veda 5.2.5 Conflitti, intrighi e fortuna nella scienza).

Quando gli scienziati vogliono stupire con un enorme apparato sperimentale o dei risultati spettacolari spesso lo fanno di proposito. Questa connessione tra società e scienza continua a riflettersi, ancora oggi, nella promozione della ricerca, per esempio, oppure nella politica che circonda la ricerca, dove il patrocinio dipende dai risultati che vengono pubblicati.

Gli esperimenti su larga scala e gli apparati sperimentali hanno ancora oggi un carattere rappresentativo; validi esempi sono la Torre Drop presso l'Università di Brema, oppure le parti dei Laboratori del Cern di Ginevra che non sono sotto terra. I progressi nella costruzione da miliardi di dollari del Large Hadron Collider continuano ad essere comunicati in tutto il mondo; il telescopio Hubble ha attualmente un gran numero di siti di fan su Internet. Esempi presi dalla storia includono l'esperimento del pendolo di Foucault nel planetario più grande di Parigi, all’esecuzione del quale lo scienziato invitò tutta la comunità scientifica parigina. Il re di Francia commissionò anche un'ulteriore dimostrazione per tutti i cittadini nel Pantheon, l'edificio più alto di Parigi, allo scopo di dimostrare il suo sostegno alle scienze.

6. Pubblico di riferimento, pertinenza curricolare e utilità didattiche

6.1 Obiettivi didattici e competenze

6.1.1 La natura della scienza

Gli studenti dovrebbero...

• Fare esperienza del fatto che la conoscenza scientifica viene spesso ottenuta tramite lo sviluppo e il cambiamento degli esperimenti in modo graduale e continuo;

• Fare esperienza del fatto che la conoscenza scientifica non viene necessariamente ottenuta attraverso un apparato sperimentale definitivo, ma che anzi, cambiare abbastanza spesso la configurazione sperimentale introduce nuovi fenomeni;

• Comprendere che la conoscenza scientifica può essere solamente provvisoria, ma che è comunque affidabile, poiché viene supportata dall'osservazione;

• Rendersi conto che la ricerca scientifica non è un esclusivo processo di verifica, ma piuttosto un processo senza fine di conferma o smentita di ipotesi;

• Capire che la ricerca è sempre sottoposta a influenze soggettive, che possono essere utili oppure dannose per il processo di ricerca;

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• Comprendere che gli scienziati non raggiungono mai le ipotesi estemporaneamente, senza riflettere, ma che queste ipotesi sono influenzate dagli esperimenti precedenti;

• Capire che il processo di ricerca scientifica è fortemente influenzato dall'improvvisazione, dalla creatività e dalla pratica costante.

6.1.2 Indagine scientifica

Gli studenti sono tenuti a...

• svolgere i loro compiti in gruppo

• controllare i loro risultati confrontandoli con quelli degli altri gruppi

• valutare l'influenza delle possibili cause di errori sulla validità dei loro risultati

• elaborare semplici schemi

• argomentare in modo comparativo usando le strutture "il (più)... il (meno)"

• esprimere, con o senza aiuto, ipotesi sulle correlazioni o le motivazioni

• sviluppare, con o senza aiuto, metodi per verificare le loro ipotesi

• pianificare e svolgere semplici esperimenti con diversi gradi di autonomia

• annotare le loro osservazioni, con o senza aiuto, e stabilire tabelle di misura

• utilizzare le loro osservazioni per la verifica assistita delle loro ipotesi

• operare in modo indipendente con i materiali per gli esperimenti

6.1.3 Contenuti

• L'elettricità può diffondersi dentro i materiali.

• La conduttività dipende dal materiale stesso � esistono conduttori e non-conduttori.

• I non-conduttori vengono chiamati isolanti.

• Induzione elettrostatica (dal latino "inducĕre" «indurre»): ridistribuzione della carica elettrica in corpi conduttori, dovuta all'attrazione e alla repulsione di cariche vicine.

• Forze elettriche e magnetiche si sovrappongono l'un con l'altra senza disturbo.

• L'elettricità si scarica a terra. La terra è un serbatoio molto grande per la carica elettrica.

6.1.4 Comunicazione

Gli alunni dovrebbero ...

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• conoscere l'interazione tra scienza e vita pubblica, ad esempio riconoscendo il ruolo e la funzione delle dimostrazioni pubbliche di Gray a parte le considerazioni economiche.

6.1.5 Giudizio critico

Gli alunni dovrebbero ...

• Valutare l'influenza di fattori esterni e non razionali sul processo di ricerca scientifico, utilizzando l'esempio dell'ostilità esercitata da Newton nei confronti di Gray.

• Comprendere il significato dei situazioni contingenti degli scienziati, analizzando le azioni di Gray, in relazione alla sua precaria situazione economica.

• Capire il significato di cultura materiale nella scienza in una particolare epoca e quindi comprendere che la scienza ha a disposizione strumenti diversi in momenti diversi della storia. Ciò non significa che tale ricerca è limitata o di minor valore.

7. Attività, metodi e mezzi per l'apprendimento

7.1 Esperimenti

7.1.1 Materiale occorrente

La maggior parte di questi materiali può essere acquistata dal ferramenta o nei negozi di materiali artistici o di artigianato, oppure può essere trovata fra gli strumenti per le lezioni di chimica.

• Tubo di vetro, con diametro di circa 3 cm, lunghezza di circa 1 m e con tappi di sughero adatti, per entrambe le estremità.

• Filo di seta, corda di canapa di diversi spessori, filo di metallo.

• Palline con occhielli o fori (sughero, avorio, ottone, ecc.).

• Strumenti per fissare i fili di seta e le corde di canapa (come bacchette di legno).

• Lamina di metallo o altra superficie conduttrice.

• Elettroscopio a pendolo (facoltativo).

• Oggetti per strofinare: lana, cotone, scampoli di seta, pelo di gatto.

• Magneti / minerale ferroso magnetico.

• Corpi leggeri: paglia, piccoli pezzettini di legno o schegge di legno, terra asciutta, piccoli sassolini, sale, fumo (per esempio il fumo di una candela spenta), fili di cotone, pezzettini di carta, trucioli di ferro o di ottone, limatura di ferro.

Esperimento 1: L'attrazione elettrica e la repulsione continuano a funzionare dopo la trasmissione

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Gray svolse questo esperimento con quasi tutti i suoi apparati sperimentali (si veda 7.1.2) al fine di verificare se la conduzione attraverso materiali diversi o su distanze diverse avesse qualche effetto sui fenomeni elettrici già noti. A questo scopo, un mucchietto di corpi leggeri su un piatto fu posizionato sotto l'estremità del tubo o del filo che conduceva elettricità. Nel momento in cui si verificava la conduzione i piccoli oggetti venivano attratti.

Consiglio:

Poiché è difficile mostrare l'effetto della repulsione in questo esperimento, è bene usare gli esperimenti di Guericke sulla repulsione. Si può quindi lasciare un pezzo di piuma fluttuante sull'estremità del tubo (sughero, palla o bacchetta, si veda più avanti).

La repulsione può anche essere chiaramente mostrata attraverso un elettroscopio a pendolo grazie al suo alto grado di sensibilità oppure, seguendo il metodo di du Fay, si potrebbe anche usare un semplice filo di seta.

Esperimento 2: La conduttività come una proprietà del materiale invece che della forma

Quando il peso della corda di canapa negli esperimenti sulla conduzione a lunga distanza diventava eccessivo, il filo di seta si rompeva e Gray dovette pensare a un'alternativa. A seguito degli esperimenti con gli apparati 4 e 5, pensò che l'elettricità non potesse fluire attraverso materiali sottili , ma quando utilizzò un filo di metallo più sottile, ma più resistente nell'apparato 6, verificò, contrariamente alle sue aspettative, che invece il filo conduceva. ([1], pagina 21 in fondo – p.22 in alto). Concluse che non è lo spessore, ma il materiale stesso che è determinante per la conduzione del "fluido elettrico". Analogamente a come i materiali elettrizzabili e non-elettrizzabili potevano già essere classificati, si poteva adesso fare una distinzione fra conduttori e non-conduttori.

Con gli apparati 5 e 6 poteva essere verificata la capacità dei vari materiali di condurre. Per esempio, Gray legò un pezzo di filo di seta a metà della corda di canapa. O ancora, bacchette più lunghe di legno, vetro, o metallo potevano anche venir posate sopra due fili di seta e si poteva verificare la loro conduttività. Questi esperimenti dimostrano che i materiali che non conducono sono gli stessi che sono più facili da elettrizzare e che quelli che sono buoni conduttori sono più difficili da elettrizzare. Il termine "conduttore" e quindi l'attuale concetto di conduttori e non-conduttori è stato introdotto dal collega di Gray John Desaguliers.

Esperimento 3: Induzione elettrostatica - l'elettrizzazione avviene a distanza

([1], p.28 al centro):

Con un buon clima (secco) e con una forte carica elettrica nel tubo di vetro, si può osservare come, non appena il tubo viene semplicemente avvicinato ad un capo del filo, l'attrazione elettrica cominci subito a verificarsi sull'altro capo del filo. L'attrazione persiste soltanto finché il tubo si trova in prossimità del filo, il che dimostra che non avviene alcuna trasmissione dalla bacchetta al filo e attraverso il filo. Gray stesso utilizzò piccoli anelli di metallo che circondavano il filo conduttore e su cui assicurò ancora una volta una palla. Poté quindi constatare attrazione elettrica nella palla quando il filo conduttore veniva elettrizzato.

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Esperimento 4: Sovrapposizione indisturbata di fenomeni elettrici e magnetici

Veniva attaccato un magnete, invece della palla. Prima cosa, esso attrae soltanto i materiali che è già noto che vengano attratti dai magneti; ma quando il magnete viene elettrizzato per mezzo di una bacchetta di vetro strofinata e tramite la corda di canapa conduttrice, attrae tutti i materiali. Quando vengono analizzate, tutte le proprietà note di ogni fenomeno si conservano - magnetismo ed elettricità chiaramente non si influenzano l'un l'altra negativamente.

"Emissione di scintille"

Gray sviluppò, quasi contemporaneamente a du Fay, alcuni dei primi esperimenti sistematici sul "fuoco elettrico". Con questo termine essi indicavano scariche elettriche conosciute come scintille - al tempo di Gray il paragone con il fuoco era ovvio e comune, a causa della loro luminosità, del dolore provocato dalle scintille, della loro capacità di lasciare segni di bruciature e infine grazie al famoso esperimento-spettacolo di infiammare l'etere con scintille elettriche. Fra le altre indagini, Gray studiò quali parti dei corpi producono le scintille più brillanti.

A scopo didattico, possono essere verificate le diverse forme dei punti di scarica e possono essere descritti i fenomeni e la loro dipendenza dalla forma.

Esperimento 5: Elettricità e moto dei pianeti - la falsa conclusione di Gray per analogia (si veda figura 11)

Per prima cosa Gray elettrizzò, per strofinio o con il tubo di vetro elettrizzato, una pallina (di circa 3 cm di diametro) posizionata al centro di una superficie isolante circolare.

Poi, nello stesso modo, elettrizzò un pezzettino di sughero attaccato ad un lungo e sottile filo di seta (lungo circa 20 cm). Poi lo portò a circa 50 cm sopra la palla, più allineato possibile al suo centro e infine il pezzetto di sughero venne lentamente abbassato fino quasi a toccare la pallina. Il pezzo di sughero attaccato allo spago iniziò lentamente a muoversi in cerchio intorno alla palla - come disse Gray "dal lato destro verso il lato sinistro" - cioè, nella stessa direzione in cui si muovono i pianeti intorno al sole (verso sinistra, come si osserva guardando il piano dell'ellittica dal Polo Nord celeste).

Suggerimento:

L'influenza inconscia può apparire in modo particolarmente evidente usando questo esperimento in particolare per l'insegnamento:

Un gruppo di studenti riceve un testo che descrive un moto verso sinistra e un altro gruppo riceve un testo che descrive un moto verso destra. Nel tentativo di ricostruire i risultati di Gray, entrambi i gruppi arrivano a risultati chiari e li vorranno difendere prima dell'altro gruppo! La risultante confusione può essere utilizzata per riflettere sull'idea di qualità della loro ricerca (per esempio perché tenere il filo di seta con le mani nude) e di oggettività delle loro osservazioni (ripetendo i risultati noti di uno scienziato rispettabile). Questa discussione può essere poi utilizzata per fare generalizzazioni sulla scienza e sugli scienziati.

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7.2 Materiale per gli studenti

Materiale 1 & 2: Corrispondenza con Gray / Pietre miliari nella ricerca di Gray

La tabella presentata in questo paragrafo può aiutare a strutturare la fase sperimentale; per esempio può essere utilizzata per portare avanti un'immaginaria corrispondenza con Stephen Gray. Possono venire fornite anche le figure degli apparati sperimentali di Gray.

Queste lettere immaginarie di Gray possono avviare la ricerca degli studenti:

Esimio collega,

sono contento che mostri così tanto interesse verso i miei esperimenti sull'elettricità! Nelle prossime settimane e nei prossimi mesi ti terrò informato sui progressi della mia ricerca. Ti mostrerò i miei apparati sperimentali e ti spiegherò perché li ho cambiati. Inoltre, ti racconterò le ipotesi a cui la mia ricerca mi ha condotto, quali esperimenti utilizzerò per verificarle e quali osservazioni le supportano o le indeboliscono. Se ti dovesse capitare di scoprire qualche errore nei miei esperimenti o di sorprendermi a trarre conclusioni troppo frettolose, ti prego di informarmi prima possibile,

il tuo servo più obbediente e umile,

Stephen Gray

Gli studenti, nelle cinque fasi qui esposte, possono ricevere le immagini degli apparati sperimentali, le lettere corrispondenti e i compiti per ogni esperimento.

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Apparato e materiale

Commento di Gray (per esempio sotto forma di lettere o di biglietti con ulteriori informazioni )

Esercizi suggeriti

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apparati 1, 2, 3, 4 figure 2-5

La mia ipotesi è che tutti i materiali conducono elettricità se sono sufficientemente spessi. Dopo tutto nel mio primo e piuttosto sorprendente esperimento, i tappi erano spessi. La bacchetta di legno nel mio secondo esperimento e la corda di canapa nel mio terzo apparato erano anch'essi relativamente spessi. Inoltre, nel mio ultimo esperimento, con la corda inchiodata ad aste di legno, la conduzione non si verificava: non sono riuscito ad osservare alcuna attrazione all'estremità della corda. L'elettricità deve essere stata trasmessa tramite gli spessi chiodi e le spesse aste a terra, invece che attraverso la corda. Quindi, la conduzione dell'elettricità deve essere determinata dallo spessore del materiale.

1) Prendi nota delle domande di ricerca che tu e Gray volete esaminare.

2) Quale ipotesi aveva Gray e quali osservazioni già supportavano questa ipotesi?

3) Progetta un esperimento con il quale sia possibile verificare l'ipotesi di Gray. Crea un apparato appropriato che avrebbe potuto utilizzare anche Gray.

Possibili domande per riflettere sulla natura della scienza: Quali materiali e dispositivi utilizzò Gray per la sua ricerca? E quali utilizzerebbero i ricercatori oggigiorno per questi scopi? Quanto i materiali a disposizione per la ricerca influenzano il lavoro degli scienziati?

Molte persone affermano che "gli scienziati non potevano fare ricerche corrette" anticamente, poiché non si avevano a disposizione buoni materiali e dispositivi - cosa pensi di questa affermazione?

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apparato 5 figure 6 e 12

Invece del chiodo ora ho attaccato la corda di canapa ad un filo di seta. Adesso ho osservato che la corda di canapa conduce elettricità. L'elettricità non viene più

Stephen Gray fece diverse osservazioni durante le sue sperimentazioni con

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trasmessa a terra tramite il filo di seta. Ciò sostiene l'ipotesi che ho ottenuto dal precedente apparato, poiché la corda di canapa è spessa e il filo di seta sottile. Sono adesso quasi sicuro che lo spessore di un materiale determina se esso conduce oppure no. Adesso posso dire con una certa sicurezza che corpi sottili impediscono lo scorrimento dell'elettricità e corpi spessi permettono all'elettricità di fluire liberamente. Non ha importanza di quale materiale siano fatti - questa è veramente un'idea nuova!

diversi apparati. Queste osservazioni supportarono la sua ipotesi che tutti i materiali conducono l'elettricità se sono adeguatamente spessi.

1) Quali sono queste osservazioni?

2) Gray poteva essere realmente sicuro che quest'ipotesi fosse corretta? Motiva la tua risposta.

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apparato 6A figura 13

Adesso sto lavorando con il mio amico e collega Granville Wheeler. I nostri ulteriori esperimenti dovrebbero dimostrare quanto lontano può essere trasmessa l'elettricità.

A questo scopo, abbiamo steso la corda di canapa più volte da una parte all'altra tra due fili di seta.

Tuttavia, l'ingente peso, sfortunatamente, causa spesso la rottura del filo di seta!

Mettiti nei panni di Gray: egli è sicuro che soltanto materiali sottili non fanno condurre l'elettricità!

Sulla base di questa convinzione come avrebbe potuto risolvere il problema della rottura del filo di seta?

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4

apparato 6A figura 7

Abbiamo utilizzato un filo di metallo molto sottile, sufficientemente robusto, ma anche abbastanza sottile da non condurre l'elettricità.

Tuttavia, con il filo di metallo, non sono riuscito ad osservare nessuna ulteriore trasmissione.

Non riuscendo a spiegare questi risultati, ho consultato il mio amico Wheeler e ho condotto nuovamente l'esperimento con lui -ottenendo gli stessi risultati!

Eravamo sicuri che lo spessore del materiale determinasse se esso conduce oppure no. Adesso sembra che ciò sia errato, dal momento che il nostro filo sottile di metallo scarica a terra l'elettricità! Noi riteniamo di aver sbagliato in precedenza poiché le nuove osservazioni non si accordano con la nostra ipotesi. Forse le nostre precedenti osservazioni erano, nei fatti, supportate soltanto da coincidenze.

Dobbiamo accettare il fatto che la conoscenza che noi assumiamo essere certa può forse risultare sbagliata in futuro! Nel nostro caso, per fortuna, ciò è successo rapidamente.

1) Cosa fece Gray quando rimase sorpreso dalla capacità del filo di metallo di condurre?

Perché pensi che abbia reagito in questo modo?

2) Perché Gray era dell'opinione che tutta la conoscenza scientifica fosse soltanto provvisoria, cioè che potesse essere sbagliata in futuro?

Possibili domande per la riflessione

Se Gray non avesse svolto l'esperimento con il filo di metallo, noi adesso crederemmo che tutti i materiali sottili siano non-conduttori � anche il metallo?

Tutta la conoscenza scientifica appare essere provvisoria. Quindi perché noi confidiamo in essa comunque?

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Dopo un po' pensammo che potevamo convergere su un'ipotesi completamente diversa: che forse sia il tipo di materiale stesso che determina se esso conduce e non

1) Quali osservazioni supportano la nuova ipotesi di Gray e Wheeler?

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il suo spessore? Forse, quindi, esistono tipi di materiali che conducono elettricità e tipi che invece non conducono.

Questa nuova ipotesi è supportata sia dalle nostre nuove osservazioni che da quelle vecchie. Prima di ritenermi completamente convinto, devo condurre ulteriori ricerche.

2) Progetta un esperimento con cui sia possibile verificare l'ipotesi di Gray. Crea un apparato appropriato che avrebbe potuto utilizzare anche Gray.

Materiale 3: Attività di scrittura - Lettere critic he dei lettori

Il materiale seguente per gli studenti può servire come conclusione del case study. Si tratta di una immaginaria voce di enciclopedia sulla ricerca di Stephen Gray che contiene alcune informazioni errate.

Gli alunni dovrebbero trovare gli errori, in base alle conoscenze acquisite dal case study e scrivere una lettera contenente alcuni suggerimenti per la correzione.

Voce enciclopedica: Enciclopedia On-Line Internazionale

Stephen Gray (nato nel dicembre del 1666 a Canterbury; morto il 7 febbraio 1736 a Londra) era uno scienziato inglese.

......

La ricerca di Stephen Gray

La ricerca di Stephen Gray è un valido esempio di ricerca nella scienza. Egli condusse tutti i suoi esperimenti usando l'apparato disegnato sotto, che sviluppò proprio all'inizio della sua sperimentazione.

Nella sua ricerca Stephen Gray si preoccupava sempre di non essere sicuro troppo presto dei risultati della sua indagine. La sua ricerca fu infatti talmente valida che non ebbe bisogno di nessun aiuto supplementare. Quindi poté dimostrare, senza nessun percorso indiretto verso tale

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conclusione, che esistevano due diversi tipi di materiali - conduttori e non-conduttori. Possiamo essere sicuri di questa scoperta una volta per tutte, unicamente tramite la ricerca di Gray.

Il tuo compito

Questa voce enciclopedica sulla ricerca di Stephen Gray ha urgentemente bisogno di essere sistemata!

Tuttavia almeno due cose sembrano essere corrette:

1. La ricerca di Gray è davvero rappresentativa della ricerca scientifica.

2. Gray si accorse che esistono materiali conduttori e non-conduttori.

Purtroppo però c'è molto di sbagliato in questa voce di enciclopedia e tu sicuramente ne sai di più!

Trova le cose sbagliate e scrivi una e-mail al redattore, informandolo su ciò che, secondo te, non è corretto. Suggeriscigli ciò che invece dovrebbe scrivere.

La tua lettera potrebbe iniziare così:

"Spettabili redattori dell'Enciclopedia On-Line Internazionale,

mi sono accorto di vari errori nella vostra voce su Stephen Gray. È vero che dalla ricerca di Gray possiamo imparare molto su come lavorano gli scienziati. Inoltre, è vero anche che Gray scoprì che alcuni materiali conducono elettricità ed altri no. Tuttavia ho anche notato diversi errori nel paragrafo sulla ricerca di Stephen Gray. Per esempio..."

7.3 Immagini e media

Figura 1: ritratto di Stephen Gray Non esiste un ritratto conosciuto di Stephen Gray

Figura 2: apparato 1 - tubo di vetro con tappi di sughero - l'elettricità viene trasmessa 1

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Figura 3: apparato 2 - tubo di vetro con tappi di sughero e bacchetta con palla - l'elettricità viene trasmessa 2

Figura 4: apparato 3 - tubo di vetro con tappi di sughero e filo con palla - l'elettricità viene trasmessa 3

Figura 5: apparato 4 - corda di canapa tesa orizzontalmente, elettrizzata attraverso il tubo di vetro

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Quando la corda di canapa è attaccata ad aste di legno utilizzando chiodi spessi, non può essere osservata nessuna carica elettrica all'altro capo della corda di canapa.

Figura 6 : apparato 5 - corda di canapa tesa orizzontalmente su fili di seta - i corpi sottili non conducono Quando la corda di canapa viene posta su un filo sottile di seta, la carica elettrica può essere osservata all'altro capo della corda di canapa (i pezzettini di carta vengono attratti). Così, i fili di seta sottili non trasmettono.

Figura 7: apparato 6A - trasmissione a distanza - filo di metallo conduttore Se la corda di canapa è messa sopra del filo di metallo invece che sul filo di seta, non può essere osservato alcun fenomeno elettrico all'altro capo della corda di canapa.

Figura 8: apparato 6B - l'esperimento di Gray sulla trasmissione a grande distanza con il suo amico Wheeler, in un corridoio del ospizio per poveri.

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Gray è in primo piano con la bacchetta di vetro e la corda di canapa inserita in esso. La corda di canapa è appoggiata su fili di seta. Sullo sfondo, una terza persona sta verificando la trasmissione dell'elettricità utilizzando una piuma.

Figura 9: apparato 6B - ricostruzione dell'esperimento di Gray sulla trasmissione dell'elettricità a grande distanza (Università di Oldenburg). In primo piano c'è un piatto con sopra dei pezzettini di carta; sopra i pezzettini di carta, una palla di ottone pende da un'estremità della corda di canapa. Tesi perpendicolarmente ci sono dei fili di seta su cui è appoggiata la corda di canapa . I fili di seta sono attaccati a pali di legno conficcati in terra.

Figura 10: l'esperimento di Gray con un ragazzo appeso con fili di seta.

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Figura 11: rappresentazione dell'esperimento di Stephen Gray su piccoli corpi carichi ruotanti intorno a corpi più grandi. Dopo che il filo viene lentamente abbassato, inizia la rotazione - sulla base delle precedenti aspettative dello sperimentatore, esso girerà nell'una o nell'altra direzione.

Figura 12: ulteriore variante dell'apparato 5 - la corda di canapa è tesa orizzontalmente sul filo di seta. Questo è più simile all'apparato 4 di quello mostrato in figura 6.

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Figura 13: apparato 6A - trasmissione a grande distanza - filo di seta rotto. Quando la corda di canapa è tesa sopra i fili di seta, non è possibile aumentarne indefinitamente la lunghezza. Il filo di seta si rompe sotto il peso della corda di canapa.

Figura 14: ritratto di Sir Isaac Newton

7.4 Ulteriori fonti

Nel primo esperimento che ho condotto cercai di scoprire se il tubo attrae in modo diverso a seconda che esso sia chiuso con tappi di sughero oppure lasciato aperto. Quando tenevo una piuma vicino all'estremità del tubo notavo che la piuma volava verso i tappi di sughero e veniva attratta e respinta, esattamente come accadeva con il tubo elettrizzato quando veniva lasciato aperto […] Rimasi estremamente sorpreso da ciò e mi risolsi che una carica attrattiva doveva venire trasmessa dal tubo al tappo.

Fonte 1: sul sorprendente effetto della "trasmissione" - adattamento del [2], p.20 al centro

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Recentemente ho svolto nuovi diversi esperimenti sul movimento di piccoli corpi tramite elettricità. Piccoli corpi possono essere messi in movimento tramite corpi più grandi e questo movimento si svolge in modo circolare o ellittico, cosicché essi girano diverse volte. Questo moto è esattamente lo stesso moto dei pianeti intorno al sole, cioè verso sinistra, o da ovest verso est; quindi io posso chiamarli piccoli pianeti. Sono turbato su questi risultati inattesi, ma comunque li osservo in qualsiasi modo che ripeta l'esperimento. Non ho dubbi che in breve tempo il mondo potrà stupirsi di fronte a un nuovo tipo di planetario a cui nessuno ha mai pensato prima. Forse, dai risultati di questo esperimento, possiamo anche ottenere una chiara teoria sul moto dei pianeti.

Fonte 2: Stephen Gray sulla rotazione di piccoli corpi intorno a corpi elettrizzati più grandi e l'analogia al moto dei pianeti. Adattamento del [3]

8. Difficoltà per la didattica e l'apprendimento

In relazione a Gray, accettare diverse interpretazioni delle stesse osservazioni

Una sfida nell’ambito di questo case study potrebbe essere garantire che gli studenti siano in grado di raccontare il corso della ricerca di Stephen Gray e specialmente la sua interpretazione dei risultati sperimentali. Ma questo dà anche la possibilità di riflettere su come i risultati sperimentali possono essere interpretati in modo diverso, in relazione alla diversa e pregressa conoscenza di chi li interpreta (Gray vs studenti).

9. Competenze pedagogiche

Se il Materiale 1 e 2 sono stati scelti per strutturare le indagini degli studenti, l'insegnante dovrebbe monitorare i loro diversi approcci e risultati, in modo da poter interrompere il processo di indagine per chiarire alcuni concetti importanti.

Se per esempio, nessuno studente riesce a comprendere le interpretazioni di Gray delle sue osservazioni in relazione allo spessore, questo punto dovrebbe essere un argomento per una riflessione esplicita sul come e il perché Gray scelse questa interpretazione.

10. Prova di ricerca

Questo case study viene attualmente insegnato e valutato.

11. Ulteriori riferimenti

[A] La vita è l'attività di ricerca di Stephen Gray. Gray probabilmente poteva essere a conoscenza che l'esperimento con il filo di metallo avrebbe fallito nella trasmissione lungo la corda di canapa http://www.sparkmuseum.com/BOOK_GRAY.HTMhttp://www.sparkmuseum.com/BOOK_GRAY.HTM [1] Geschichte und gegenwärtiger Zustand der Elektricität, nebst eigenthümlichen Versuchen / Priestley, Joseph (Naturforscher) *1733-1804*. - Repr. aus dem Jahre 1772, nach der 2., vermehrten und verb. Ausg. - Hannover : Ed. "libri rari" Schäfer, 1983

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online, gratuito, tedesco: http://echo.mpiwg-berlin.mpg.de/ECHOdocuView/ECHOzogiLib?ww=1&start=1&mode=imagepath&url=/mpiwg/online/permanent/library/T89UN1R5/pageimg&pn=7&wy=0.3034&wh=0.6068 online, gratuito, inglese: http://echo.mpiwg-berlin.mpg.de/ECHOdocuView/ECHOzogiLib?mode=imagepath&url=/mpiwg/online/permanent/library/DYSHP3NB/pageimg [2] A Letter to Cromwell Mortimer, M. D. Secr. R. S. Containing Several Experiments concerning Electricity; By Mr. Stephen Gray, Philosophical Transactions, Vol.37 (1733), p.18-31, Stephen Gray, Lingua: inglese [3] Mr. Stephen Gray, F. R. S. His Last Letter to Granville Wheler, Esq; F. R. S. concerning the Revolutions Which Small Pendulous Bodies Will, by Electricity, Make Round Larger Ones from West to East as the Planets do Round the Sun, Philosophical Transactions (1683-1775) Vol.39 (1735/1736), p.220, Lingua: inglese