SCIENZ@SCUOLA/ Il Teorema di Huygens-Steiner. Una verifica sperimentale

In una situazione dei licei in cui il laboratorio di fisica è usato in modo limitato nell’attività didattica, l’esperienza che viene presentata costituisce un significativo contro-esempio.

11.08.2010 - Michele Donvito, Barbara Gandolfi
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A sinistra: Jacob Steiner (1796-1863) matematico svizzero. A destra: Christian Huygens (1629-1695) matematico, astronomo e fisico olandese

In una situazione dei licei in cui il laboratorio di fisica, per scarsità di fondi, per limiti di orario, e non di rado per una scarsa disponibilità degli stessi docenti, è usato in modo limitato nell’attività didattica, l’esperienza che viene presentata costituisce un significativo controesempio.
Si tratta di un vero e proprio progetto che implica anche la costruzione di una parte dell’apparato sperimentale, per la verifica di una relazione che riguarda il periodo di rotazione di un corpo rigido.

Abbiamo preso questa iniziativa, in una classe quarta, per far sì che gli alunni facessero esperienza personale della dinamica del corpo rigido, argomento affascinante e molto complesso; in particolare ci siamo soffermati sul concetto di momento di inerzia, precedentemente introdotto in classe e studiato sul libro di testo.
A questo proposito, abbiamo riprodotto la verifica sperimentale del teorema di Huygens-Steiner, che normalmente ci si limita a trattare a livello teorico.

Le tappe del progetto

L’attività svolta con gli alunni si può riassumere nel modo seguente.
Si è proceduto alla costruzione di un pendolo di torsione (con le modalità che verranno descritte in seguito); abbiamo poi studiato le equazioni del pendolo di torsione; abbiamo eseguito un calcolo algebrico, per semplificare la relazione da verificare sperimentalmente. In tal modo gli studenti hanno potuto rendersi conto che le regole dell’algebra sono utili e diventano uno strumento acuto, potente e adeguato per la comprensione della fisica.
Successivamente siamo passati all’esperimento vero e proprio, cioè la verifica sperimentale, entro gli errori di misura, della validità del teorema di Huygens-Steiner; in particolare abbiamo verificato che il pendolo di torsione si muove di moto armonico; infine abbiamo eseguito la stima dell’errore che richiede la conoscenza della propagazione degli errori e della standard deviation.
Con questa attività sperimentale abbiamo voluto approfondire la dinamica del corpo rigido: sul piano concettuale riprendendo le grandezze angolari, il moto circolare, il moto armonico, il momento di una forza, il momento di inerzia; sul piano operativo realizzando misure di tempo (misura del periodo del pendolo di torsione) e l’analisi degli errori.
La realizzazione del progetto, nel periodo novembre 2009 – febbraio 2010, ha richiesto cinque lezioni in orario curriculare e sei incontri di due ore, in orario extra-curriculare, tra i gruppi di lavoro costituiti all’interno della classe e il docente coordinatore.

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di Michele Donvito e Barbara Gandolfi
(Docenti di Matematica e Fisica del Liceo Scientifico Statale “A. Gramsci” di Firenze)

L’attività sperimentale è stata realizzata nella classe IV C nell’anno scolastico 2009-2010, in preparazione al Concorso ScienzaFirenze 2010.

© Pubblicato sul n° 39 di Emmeciquadro

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