il lavoro - Associazione per l`Insegnamento della Fisica

a.s. 2008-2009
CONCORSO “CESARE BONACINI”
“Il sole e la luna: ciò che succede in cielo produce
effetti sulla terra. Modelli ed esperimenti sugli
intrecci di luce, calore, ambiente e vita.”
1° Premio
Scuola Secondaria di 1° grado “Francesco Baracca”
Lugo (RA)
Motivazione
Nelle tre parti di questo lavoro gli studenti descrivono con
semplice efficacia tre diverse attività sperimentali tra le molte
organizzate nella scuola in occasione dell’Anno dell’Astronomia.
Classe 3^B - Studenti partecipanti:
Bejko Abele
Celoro Francesco
De Donno Fabio
Filippi Ilaria
Marconi Marina
Mercanti Mattia
Mazzotti Sofia
Patuelli Cesare
Taroni Matteo
Taroni Nicolas
Tellarini Silvia
Docenti
Giovanna Foschini - Matematica e Scienze
Lilliana Sgalaberna - Lettere
Ivano Cantoni - Tecnologia
Rinaldo Carnevali - Collaborazione Informatica
Relazione del Docente di Scienze Matematiche
Nell'ambito del Progetto di cui si riporta qui sotto uno stralcio sono state svolte le
attività che hanno portato alcuni studenti ad elaborare e documentare i percorsi
descritti in seguito.
IL SOLE IN UNA
STANZA...EPPUR
SI MUOVE..
2008/2009
Attività
extracurricolari
Descrizione
sintetica dell’attività
Premessa dal sito www. Astronomy2009.it
II 2009 è stato proclamato dall'ONU Anno Intemazionale dell'Astronomia.
L'Anno Intemazionale dell'Astronomia rappresenta un'ottima opportunità per dare
visibilità e ritorno di immagine all'Italia, che ha svolto un ruolo determinante in tutte
le sedi intemazionali e che è inoltre, la patria di Galileo Galilei che nel 1609, giusto
400 anni fa, a Padova alzò per la prima volta al cielo il suo cannocchiale.
Elenco dei contenuti
1. Dalle ombre alla posizione del Sole
2. Il moto di rivoluzione della Terra intomo al sole: il passaggio al modello
geometrico e le stagioni
3. Osservare il numero e la posizione delle macchie solari sul disco solare allo
scopo di determinare la durata della rotazione del sole e l'asse di rotazione
4. L'osservazione del sole con mezzi semplici: dal foro stenopeico al diametro
angolare del Sole
5. Il telescopio e l'osservazione del Sole: funzionamento e storia del telescopio
6. La posizione del Sole e l'utilizzo di un orologio solare
7. L'osservazione del sole: itinerario storico-didattico e spunti per esperienza di
ricerca
8. Misurare l'altezza diurna del sole in funzione della latitudine (eventuale
collaborazione con altra scuola alla stessa longitudine a latitudini diverse)
9. Osservare la differenza tra tempo solare vero e il tempo civile
10. Determinare la differenza tra mezzogiorno solare (il sole al momento della
culminazione) e le ore 12.00
11. Le forze: grandezze vettoriali
12. La composizione di forze
13. Il moto: gli elementi del moto e i sistemi di riferimento
14. Il moto: le leggi del moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato
15. La luce e i corpi
16. Il Sole energia rinnovabile: pannelli solari e celle fotovoltaiche
1.
2.
3.
4.
Formazione docenti: conferenza e lezioni sperimentali con esperti
Serate astronomiche
Laboratori aperti a gruppi di studenti della scuola
Uso del celostata
1. Lezioni sperimentali con esperti esterni sul moto e sulla relatività dei moti (la
traiettoria in particolare relativa al sistema di riferimento) Conferenza-lezione
sull'effetto fotovoltaico
2 Due serate di osservazione del cielo, dedicate sia agli studenti che ai docenti
che ai genitori nel cortile della Scuola Baracca con gli astrofili dell'associazione
Astrofili di Lugo
3. Cinque incontri pomeridiani per un gruppo di studenti delle classi terze in
laboratorio per esperienze sul moto ed elaborazione dei dati col supporto del PC.
4. Su richiesta di altre scuole in orari da concordare si consente l'osservazione del
Sole con il Celostata (con l'aiuto degli astrofili e di Cortesi Enzo)
► integrazione curriculum scolastico
► attività extracurriculare
► acquisizione nuove competenze
•
•
Obiettivi / finalità
•
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•
•
•
•
potenziare la riflessione sul metodo scientifico che procede per modelli descrittivi
della realtà, confrontati di volta in volta con l'esperienza e modificati man mano che
la conoscenza e la strumentazione lo inducono.
far crescere nello studente la consapevolezza che per descrivere il moto di un
corpo è necessario individuare il sistema di riferimento e l'abilità nell'individuare il
sistema di riferimento quando osserva l'immagine della traiettoria del Sole nel moto
annuo rispetto alla stessa posizione geografica alla stessa ora e della terra nel
moto annuo rispetto al sole
far acquisire allo studente le conoscenze relative alle teorie cosmologiche
attraverso la costruzione di modelli descrittivi
ricomporre le conoscenze acquisite dopo aver svolto le unità di lavoro in una
mappa riassuntiva o relazione finale, acquisendo capacità di sintesi e potenziando
l'analisi
interpretare i fenomeni osservati con l'aiuto della strumentazione e con simulazioni
al computer; in particolare precisare l 'osservabilità e l'interpretazione di latitudine e
longitudine, punti cardinali, sistemi di riferimento e movimenti della Terra, durata
del dì e della notte, fasi della luna, eclissi, visibilità e moti osservati di pianeti e
costellazioni
intraprendere un lavoro sperimentale che possa essere condiviso e utilizzato dai
ragazzi per comprendere il ruolo del sole nella vita di tutti i giorni e nell'uso
dell'energia solare
accrescere la consapevolezza dell'importanza del sole e delle problematiche
connesse all'energia solare
stimolare la consapevolezza del ruolo del sole nella nostra cultura.
Modalità di svolgimento delle attività, difficoltà incontrate e collaborazioni:
Le attività si sono svolte in classe nell'ora di Scienze e durante alcuni pomeriggi astronomici, nei quali i
ragazzi hanno soprattutto costruito oggetti e assistito a proiezioni e filmati che proponevano modelli
interpretativi e descrittivi delle teorie cosmologiche.
Le difficoltà sono state solo dovute al tempo a disposizione, in quanto le molteplici attività a cui partecipava
questa classe rendevano difficile la gestione di un calendario ad hoc per gli approfondimenti, mentre la
notevole collaborazione dei colleghi e delle famiglie ha facilitato il lavoro.
Si è puntato sulla realizzazione di modelli, di oggetti che fossero di semplice costruzione e di efficacia e si è
lasciata interamente agli studenti la realizzazione del lavoro in power point.
I gruppi hanno lavorato con impegno. Due gruppi, quello che ha presentato "L'ombra degli gnomoni" e "Quid
est ergo tempus? " hanno elaborato il loro lavoro dopo aver prodotto un altro lavoro più vasto che descriveva
tutta l'attività svolta.
II gruppo che ha prodotto "Trafitti da un raggio di Sole" ha invece elaborato in modo autonomo le ricerche
dopo aver costruito lo spettroscopio durante il lavoro curricolare. Le idee provengono da un progetto che
preesisteva e che ho portato avanti, che si è avvalso della collaborazione di esperti. Noi facciamo riferimento
nella bibliografia ad un CD che raccoglie tutta l'attività svolta che è stato elaborato da Enzo Cortesi
nell'ambito del Progetto "II sole in una stanza."
Giovanna Foschini
16 maggio 2009
LE ATTIVITÀ
Marina Marconi e Mattia Mercanti
-
*Il termine gnomonoscopio è stato coniato da uno studente nel laboratorio
di Astronomia.
Ripetiamo l’esperienza facendo ruotare la torcia-Sole da Est a Ovest e tenendo ferma la Terra.
Le osservazioni sono analoghe.
Il nostro modello confrontato con le osservazioni non prova il moto di rotazione della Terra
attorno al suo asse, semplicemente ci mostra che le osservazioni che abbiamo fatto nella realtà
si possono spiegare bene ipotizzando che la Terra compia un moto di rotazione intorno all’asse.
Spostiamo la Terra lungo l’orbita circolare in senso
antiorario rispetto a noi osservatori.
Con l’asse della Terra perpendicolare al tavolo
l’illuminazione è costante e la “linea” che separa la
luce dal buio, cioè il circolo d’illuminazione, passa per i
Poli. Questo non spiegherebbe la lunga notte polare
che dura sei mesi.
parallelo denominato Tropico del Capricorno. Al solstizio d’estate la
situazione è opposta. L’asse terrestre iclinato quindi determina la
diversa illuminazione durante l’anno.
Fabio De Donno, Sofia Mazzotti, Cesare Patuelli, Silvia Tellarini
Con un paio di forbici robuste
si taglia un pezzetto di CD,
poi si prende una parte di
cartoncino nero e si ricopre
un’estremità del tubo,
fissandolo attorno con un
elastico o dello scotch. Al
centro del cartoncino si fa
un’apertura tonda avente il
diametro di 1 cm (o quadrata
di 1 cm di lato) poi con la
colla si fissa il pezzo di CD
sul cartoncino nero davanti al
foro.
La prima testimonianza della presenza di particolari fini in uno spettro è
del chimico e mineralista inglese William Wollaston (1766-1828). Nel 1800,
mentre osserva il Sole con un prisma munito di una fenditura
sufficientemente stretta, Wollaston individua nello spettro continuo sette
righe oscure che interpreta, in modo semplicistico, come dei “salti” o dei
“buchi” indicanti la mancanza di un colore nello spettro.
Centocinquant’anni dopo, nel 1914 fu un giovane ottico tedesco, J. Von
Fraunhofer, a capire che le righe nere avevano una loro regolarità, e che in
ogni porzione di colore proveniente dalla luce del Sole erano presenti
sempre ben determinate righe scure, della medesima grandezza e nella
medesima posizione. Fraunhofer, usando un prisma molto più avanzato e una
stretta fessura, si accorse che lo spettro di Newton era interrotto, per
tutta la sa lunghezza, da strane linee scure e un infinito numero di linee
verticali di diverso spessore: alla fine riuscì a contarne più di cinquecento.
Qual era l’origine delle linee scure osservate da Fraunhofer nel 1814? Avevano
una qualsiasi relazione con le linee spettrali luminose prodotte dagli elementi
esposti alla fiamma? Questi interrogativi si presentarono a molte menti
dell’epoca, ma rimasero senza risposta fino al 1859, quando Gustav Kirchhoff,
un giovane fisico tedesco, iniziò a collaborare con Robert Bunsen.
Nel 1859, Kirchhoff eseguì un esperimento semplice e splendidamente
pianificato, che dimostrò come gli spettri a linee luminose e quelli a linee scure
- ovvero gli spettri di emissione e quelli di assorbimento - fossero la stessa
cosa, gli opposti corrispondenti del medesimo fenomeno, ossia la capacità degli
elementi di emettere luce di una lunghezza d’onda caratteristica quando
venivano vaporizzati, oppure di assorbire luce esattamente della stessa
lunghezza d’onda se venivano illuminati. La caratteristica riga del sodio, per
esempio, poteva essere vista come una linea gialla brillante nel suo spettro di
emissione, oppure una linea scura, situata nella stessa esatta posizione, nello
spettro di assorbimento.
Quindi per ottenere uno spettro occorreva una luce intensa, ma non doveva
necessariamente trattarsi di luce solare. Poteva essere quella di una candela,
oppure una «luce di calce», o le fiamme colorate dei metalli alcalini o alcalinoterrosi.
Nel periodo compreso fra il 1830 e il 1850 furono esaminate anche queste, e si
osservò un tipo di spettro completamente diverso. Mentre la luce del Sole
produceva una banda luminosa comprendente tutti i colori dello spettro (grazie
ai gas al suo interno), la luce del sodio vaporizzato generava un’unica riga molto
stretta e gialla, estremamente luminosa, su uno sfondo nero. Qualcosa di simile
accadeva con gli spettri di fiamma del litio e dello stronzio, anche se questi
avevano una moltitudine di righe luminose.
Bibliografia
Abele Bejko, Francesco Celoro, Ilaria Filippi,
Matteo Taroni, Nicolas Taroni
VI PARLEREMO...
DEL TEMPO MISURATO CON
L’OROLOGIO SOLARE
EQUATORIALE DELLA NOSTRA
SCUOLA E DEL SOLE...
Come si vede il basamento
è sul piano orizzontale
tangente al globo terrestre:
si noti che lo gnomone e
l’asse terrestre puntano
nella stessa direzione
Come si vede dalla figura di
destra il bastoncino che prende
il nome di gnomone inclinato
forma con il basamento un
angolo b’ congruente alla
latitudine del luogo.
Nota: Infatti b e b’ sono
complementari degli angoli
congruenti a e a’ corrispondenti
di rette parallele tagliate dalla
trasversale t.
Lo stilo del nostro orologio è dunque
parallelo all’asse della Terra, così l’ombra
che esso proietta surante l’anno ha la
stessa direzione dell’ombra che
proietterebbe l’asse terrestre.
Ma come avrete notato lo gnomone del
nostro orologio è perpendicolare al piano
su cui giace l’arco dell’orologio sul quale
sono riportate le ore solari. Infatti tale
arco è proprio come l’ombrellino del
nostro modello. Rappresenta cioè un arco di circonferenza posta su un piano parallela
all’equatore. Si vede, anche nel modellino, che il cerchio bianco è suddiviso in parti uguali,
esattamente 24. Ognuna di esse rappresenta 1 ora. La Terra infatti nel suo moto di rotazione
intorno all’asse compie 360° in 24 ore, secondo il giorno solare.
Osservate questa immagine. Il meridiano di Catania è
disegnato in nero grassetto, quello di Lugo in grigio
chiaro.
Il meridiano di Catania assegna l’ora civile al fuso
orario; in alto sono riportate le differenze orarie dovute
alla longitudine. Lugo arriva 10 minuti dopo “davanti”
al Sole rispetto a Catania.
07 aprile 2009
Fattore di correzione (da tempo civile a tempo solare): +24min 25s.
12h 00min solare - 14min 28s = ora civile
Naturalmente occorre sottrarre l’ora di correzione dovuta al fatto di
essere in regime di ora legale (in questo caso sommare).