Nino Martino, Carlo Ubertone
Come si fa ad affrontare un fenomeno nuovo? Come scegliere le “variabili significative”? Come effettuare misure delle variabili scelte e come cercare “regolarità” ovvero relazioni fra di esse? In laboratorio ci si scatena in ipotesi e verifiche d’ipotesi…
il pendolo in laboratorio
Nella lezione precedente avevamo discusso della scelta delle variabili possibili. Alcune le avevamo comunque fissate (come la gravità), fondamentalmente nell’impossibilità di farci finanziare dal Consiglio di Istituto una gita scolastica sulla Stazione Spaziale Internazionale o una spedizione in cima al Monte Bianco.
Erano rimaste grosso modo quattro variabili: massa, lunghezza, attrito, ampiezza. Come fare per vedere se vi è una relazione tra queste variabili e il periodo del pendolo?
Osservate quello che abbiamo fatto la volta scorsa: prima osservazione e primo tentativo di comprensione del fenomeno.
Questo è generale, in tutte le ricerche si parte grosso modo in questa maniera. Si nota un fenomeno e si cerca di capire. Il fenomeno da studiare può anche essere di tale quotidianità da non essere neppure notato. Una ricerca al dipartimento di Fisica di Genova era partita dall’osservazione di un bambino: perché i castelli di sabbia rimangono in piedi anche quando la sabbia si asciuga? E’ una vita che facciamo castelli di sabbia che rimangono in piedi, la cosa sembra ovvia: succede così e basta. Ma, se uno si chiede il perché, la risposta e la ricerca possono essere cose molto complesse e dare risultati inaspettati.
la suddivisione in gruppi di lavoro
Per questione di tempo il singolo gruppo non può svolgere una ricerca sulla possibile dipendenza del periodo dalla lunghezza e poi dalla massa e poi dall’attrito. Quindi ci si divide in quattro gruppi di lavoro. Ciascuno studia una coppia di variabili:
periodo – massa
periodo – lunghezza
periodo – attrito
periodo – ampiezza
Non vi sono state date indicazioni precise su come fare. Il fenomeno lo avete visto, ne abbiamo discusso insieme. Come fare adesso?
E ciascun gruppo incomincia a lavorare in maniera autonoma e con un po’ di spionaggio “industriale” su come fanno gli altri gruppi (anche se la coppia di variabili studiate è diversa, è interessante capire come se la cavano gli altri). Sarà interessante unire tutti i gruppi per discutere insieme i risultati dei vari gruppi.
Gruppo periodo – lunghezza
Si tratta di tenere fisse tutte le altre variabili e far variare solo la lunghezza.
il gruppo adotta subito una tecnica ingegnosa, per vedere se vi è una relazione fra lunghezza e periodo dell’oscillazione: sullo stesso supporto vengono appesi diversi pendoli con la stessa massa ma con lunghezze differenti. Facendoli partire tutti insieme contemporaneamente si può vedere per confronto se il periodo è visibilmente diverso. L’idea è buona ma non è di così semplice realizzazione perché il gruppo sta mettendo a confronto quattro pendoli.
Due persone cercano di far partire contemporaneamente i quattro pendoli due a due. L’effetto è visibile: c’è una relazione forte fra periodo e lunghezza del pendolo.
Si decide di mettere a confronto solo due pendoli. E l’effetto è ancora evidente.
Indicazioni per la prossima lezione di laboratorio
Per chi legge oggi quest’articolo: i report delle lezioni venivano messi immediatamente sulla piattaforma moodle, e a volte, come in questo caso, venivano date, in base al lavoro svolto dal gruppo, indicazioni utili per il futuro lavoro in laboratorio. Ricordo ancora che moodle è la piattaforma a livello internazionale, gratuita ed efficientissima, costruita apposta per il collective learning con milioni di utenti sparsi per tutto il mondo.
Avete visto che esiste una relazione tra lunghezza e periodo, mettendo a confronto diversi pendoli. Ma questa è ancora una analisi quantitativa. Non sappiamo se avete già preso delle misure ma forse no. Si tratta adesso di esaminare un singolo pendolo, fissate una lunghezza, contate dieci oscillazioni e determinate il periodo. Ripetete la misura del periodo almeno cinque volte. I dati presi segnateli sul quaderno. Li elaborerete poi magari in sala informatica e farete dei grafici in excel (o equivalente). Rimane un problema: il peso è evidentemente lo stesso, la lunghezza è la variabile presa in considerazione, l’attrito è lo stesso perché la struttura è identica. ma l’ampiezza? E’ vero che con il trucco che avete usato di farli partire contemporaneamente, dal filmato, si vede molto bene che l’ampiezza è la stessa per tutti i pendoli. Ma se adesso dovete fare misure di tempo sul singolo pendolo avrete il problema della ampiezza. Come essere sicuri che l’ampiezza sia la stessa? Come fate a misurare l’ampiezza di partenza? E che cosa è l’ampiezza? E’ una lunghezza, una lunghezza di un arco (la traiettoria)? Ma si possono percorrere archi molto diversi partendo da ampiezza uguali. Se riuscite a definire meglio l’ampiezza saprete sicuramente come misurarla (ce l’avete già, in genere, uno strumento per misurare le ampiezze, è di uso comune. Qual è?). Tra l’altro dovete essere certi che l’ampiezza sia sempre la stessa, dovete per forza misurarla per essere certi di mantenerla fissa, perché potrebbe esserci una dipendenza fra periodo ed ampiezza, un altro gruppo di lavoro ci sta lavorando sopra.
Costruite una tabelle dei valori delle misure: una colonna di misure di lunghezze e una colonna di misure corrispondenti di periodo e fate un apprezzamento iniziale degli errori commessi.
Altro consiglio: scrivete quello che fate, molto dettagliatamente, ne avrete bisogno nella costruzione della relazione che dovrete consegnare dopo la prossima lezione ( e sarà votata…)
gruppo periodo-attrito
L’esperimento è stato ripetuto costruendo uno strano “coso” di carta attorno a un pesetto. L’attrito è evidente, il pendolo si ferma quasi subito, ma questo cosa vuol dire dal punto di vista del periodo? Potrebbe anche rimanere lo stesso periodo pur fermandosi quasi del tutto. Bisogna passare alle misure. Ma c’è un problema: aggiungendo la carta al pesetto avete variato la massa del pendolo. E se il periodo dipendesse magari in maniera forte, dalla massa? La variazione misurata potrebbe dipendere sia dall’attrito che dalla massa che da tutte e due le cose. C’è un altro gruppo che sta lavorando sulle masse. Se il periodo NON dipende dalla massa, come sembra che abbia determinato il gruppo-massa, allora da questo punto di vista siete a cavallo (quasi). Come fate a sapere, a controllare che l’ampiezza sia la stessa? Va fatto in modo preciso. Altrimenti una possibile relazione fra periodo ed ampiezza metterebbe di nuovo in crisi l’interpretazione delle misure. Come farete? Inoltre il secondo marchingegno che avete costruito fa diminuire l’ampiezza molto velocemente: tre o quattro oscillazioni e si ferma tutto, l’ampiezza va da un certo valore rapidamente a zero. dovrete escogitare qualche cosa.
Indicazioni per la prossima lezione di laboratorio
Vi siete presi una bella grana. Crediamo sia un esperimento molto complesso di realizzazione. Bisogna fare a questo punto delle misure. Tra l’altro quando avete messo per esempio il trabiccolo che avete costruito per esagerare l’attrito (buona l’idea di esagerare un effetto), lo smorzamento era rapidissimo e questo genera almeno due problemi. Il primo è che non si può parlare veramente di periodo dell’oscillazione (per diversi motivi che esulano un po’ dal livello di fisica nostro, del primo anno) e il secondo è che anche se partite sempre con la stessa ampiezza, essa varia vistosamente tra una oscillazione e l’altra: erano sufficienti tre o quattro oscillazioni per fermare il tutto e se il periodo dipende anche dall’ampiezza siete … spacciati. Un altro gruppo di lavoro sta lavorando sopra la relazione periodo ampiezza. Far variare solo una variabile e tenere fisse le altre non è molto semplice. Inoltre fare una misura dell’attrito non cosa semplice, non abbiamo ancora gli strumenti formali per poter capire come si possa misurare l’attrito (fra un anno i sopravvissuti forse lo avranno, altrimenti se ne parla in terza)
gruppo periodo-massa
Il gruppo decide di mettere un traguardo per apprezzare quando parte e termina una oscillazione e questo è interessante, altri gruppi non hanno fatto così.
indicazioni per la prossima lezione di laboratorio
Per evitare i problemi sulla lunghezza del pendolo potete escogitare diversi modi, di fronte a una osservazione dei docenti avete legato coppie di pesetti uguali (messi in una specie di parallelo), ma ce ne possono essere anche altri. Fate cinque misure (dieci oscillazioni ciascuna) per ogni massa, almeno con tre o quattro masse diverse.
Costruite una tabelle dei valori delle misure: una colonna di misure di massa e e una colonna di misure corrispondenti di periodo e fate un apprezzamento iniziale degli errori commessi.
Altro consiglio: scrivete quello che fate, molto dettagliatamente, ne avrete bisogno nella costruzione della relazione che dovrete consegnare dopo la prossima lezione ( e sarà votata…)
gruppo ampiezza
Non abbiamo molti dati su questo gruppo e ce ne scusiamo per non aver abbastanza registrato dati. Il gruppo inizialmente si è posto il problema di come misurare l’ampiezza, inizialmente ha fatto partire da una ampiezza “comoda” , con il filo parallelo al tavolo di lavoro, ma questo provocava rimbalzi vari e strani.
indicazione per la prossima lezione di laboratorio
Dovete misurare l’ampiezza in modo relativamente preciso, per quanto è possibile. Come farete a misura ampiezze piccole? Potete escogitare un marchingegno per misurare comodamente l’ampiezza? Forse il problema è stato già risolto altrove (e magari da molto tempo, storicamente). Non avete, tutti voi, quando disegnate, uno strumento già fatto per misurare le ampiezze? E come potete adattarlo al vostro trabiccolo con pendolo? Pensateci.
Piano complessivo:
Alla ricerca del metodo
la misura di una area di forma irregolare – Premessa
la misura di una area di forma irregolare – Laboratorio
la misura di una area di forma irregolare – Elaborazione misure
oggetti che cadono e metodo scientifico
gli oggetti cadono anche a Zuoz (Svizzera)
Osservare e studiare l’oscillazione di un pendolo
il pendolo in laboratorio
Il pendolo in laboratorio – punto della situazione
Prima o poi arriveremo da qualche parte
Trattamento dati con excell
Teoria e link vari
Il fenomeno dell’elasticità prima lezione
il fenomeno dell’elasticità report di laboratorio
il fenomeno dell’elasticità e le grandezze proporzionali
gli elastici sono veramente elastici?
… e via via altro ancora…
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