Responsabili scientifici: Franco Ghione, Mauro Casalboni, Giovanni Casini Gruppo di lavoro dell’Istituto. Laboratorio Tempo.

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1 Responsabili scientifici: Franco Ghione, Mauro Casalboni, Giovanni Casini Gruppo di lavoro dell’Istituto. Laboratorio Tempo

2 Piano lauree scientifiche 2010-2012

3 Dal Progetto (2004) al Piano Il Piano Lauree Scientifiche per il biennio 2010/2012 persegue l’obiettivo di migliorare la conoscenza e la percezione delle discipline scientifiche nella scuola secondaria

4 Idee portanti del piano Finalità di orientamento per gli studenti degli ultimi anni della scuola secondaria Conoscenza di temi, problemi e procedimenti caratteristici dei saperi scientifici Opportunità di autovalutarsi, verificare e consolidare le proprie conoscenze

5 I Laboratori Laboratori di approccio alle discipline scientifiche Privilegiare i fenomeni collegati con l’esperienza quotidiana

6 Attività laboratoriale L’attività svolta in laboratorio dagli studenti si propone di addestrare: a raccogliere dati sui fenomeni osservati ed ad organizzarli opportunamente all’uso di strumenti coniugare l’attività manuale, l’osservazione,l’attività deduttiva

7 Organizzazione dei laboratori Operativamente i laboratori, che si possono svolgere in varie sedi, prevedono una serie di incontri,con presenza ed interventi degli insegnanti, per un totale di lavoro di 16/20 ore, con gruppi di circa 15 studenti

8 Tipologie dei laboratori Laboratori che si avvicinano alle discipline privilegiando l’esperienza di fenomeni e di problemi significativi Laboratori di autovalutazione per il miglioramento della preparazione richiesta dai corsi di laurea scientifici Laboratori di approfondimento

9 L’orologio ad acqua Il tema del tempo è particolarmente ricco di aspetti, anche coinvolgenti più discipline La proposta didattica che viene presentata nasce da diverse considerazioni: È utile nella didattica ispirarsi alla storia della scienza La scienza ellenistica è una notevolissima fonte di idee semplici, profonde ed in molti casi rivoluzionarie

10 Lo sviluppo della scienza implica parallelamente: la creazione di modelli matematici La costruzione di strumenti di misura

11 La misura del tempo In base all’esperienza ognuno di noi riesce a dare una definizione di orologio ed è accettata l’idea che con esso si possano misurare degli intervalli di tempo. Decisamente più problematica appare l’impresa di definire il tempo. Scrive Percy Bridgman ( premio Nobel per la fisica nel 1946): “Secondo il nostro punto di vista, il concetto di tempo è determinato dalle operazioni con cui misuriamo il tempo stesso.”

12 Possiamo apprezzare con semplici esperienze intervalli di tempo brevi, per esempio il tempo in cui si consuma una candela Quindi pur non sapendo cosa è il tempo, riusciamo a individuare i parametri dai quali dipende la velocità di un fenomeno, possiamo cercare di controllarli affinché il fenomeno sia costante nel tempo Anche il concetto di “fermo” o di “fisso” contiene il tempo

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14 È evidente che disponendo di candele che abbiano con accettabile precisione la stessa base, identica composizione ed identica velocità di combustione, si può collegare il consumo della candela ad intervalli di tempo.

15 Consideriamo il seguente problema. Disponiamo di due stoppini da miccia di identica lunghezza. Il fabbricante garantisce con precisione assoluta che la durata della combustione di ogni singolo stoppino è di 3 minuti esatti, ma non garantisce che la combustione avvenga con velocità assolutamente costante,la fiamma in alcune parti dello stoppino può procedere più lentamente in altre più velocemente.

16 Come posso misurare esattamente un tempo di 270 secondi osservando la combustione degli stoppini? Perché non è corretto dividere uno stoppino a metà e bruciare uno stoppino sano e la metà dell’altro? Provate a risolvere il problema.

17 Posso usare, per misurare intervalli di tempo, un recipiente pieno d’acqua che si svuota? In un recipiente di dimensioni finite il livello dell’acqua calerà man mano che il recipiente si svuota. Cerchiamo di mettere in relazione, in via sperimentale, il tempo di svuotamento di un recipiente colmo d’acqua con l’altezza dell’acqua

18 In particolare l’intervallo di tempo in cui si svuota la metà superiore del recipiente è uguale a quello in cui si svuota la metà inferiore ? E se l’altezza la dividiamo in 4 parti uguali come andranno le cose? Come varierà la velocità di efflusso dell’acqua?

19 La misura Una grandezza fisica è una caratteristica misurabile che è espressa da un numero e da un’unità di misura. Misurare significa confrontare (direttamente o indirettamente) una grandezza fisica con un’unità di misura opportunamente scelta.

20 Un intervallo di tempo può essere usato per indicare la durata di un fenomeno e si può misurare per esempio contando quante volte la durata di un fenomeno periodico è contenuta nella durata del fenomeno da misurare. Un qualunque fenomeno che si ripete periodicamente può quindi fornire un’unità di misura degli intervalli di tempo.

21 Un dispositivo formato da un filo inestensibile ad un'estremità del quale sia fissata una massa scelta in modo che rispetto ad essa la massa del filo sia trascurabile, mentre l’altra estremità è fissata in un punto O è un pendolo semplice. Se la massa è esattamente sotto il punto O il pendolo è in equilibrio stabile. Se il pendolo è allontanato da questa posizione e lasciato libero oscilla intorno alla posizione di equilibrio.

22 Verifichiamo con una semplice esperienza di laboratorio la durata del periodo del pendolo avendo cura di far compier al pendolo piccole oscillazioni. Possiamo considerare un’oscillazione piccola quando per l’angolo α tra la verticale ed il filo nella posizione in cui la massa raggiunge l’altezza massima sia α<< 1 rad (in pratica l’angolo α in gradi deve essere non superiore a circa 5° o 6°).

23 Piccole oscillazioni piccole oscillazioni.ggb

24 Ancora sulle piccole oscillazioni piccole oscillazioni 2.ggb

25 Sarà proprio con queste modalitàche imposteremo il lavoro di calcolo e di progettazione di un orologio ad acqua. Il nostro lavoro accanto a fasi di studio delle leggi fisiche che presiedono al funzionamento dell’orologio prevede un’attività sperimentale sia dedicata a verificare la bontà dei calcoli, sia dedicata alla costruzione materiale dell’orologio

26 Schema dell’orologio