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 In un precedente articolo “Esempi di laboratorio virtuale
nell’insegnamento della fisica” pubblicato in questo sito,
sono state proposte alcune attività didattiche in rete, riguardanti
prevalentemente lo studio della cinematica e della dinamica, attraverso
l’uso di particolari simulazioni ed esperimenti interattivi chiamati
applet, realizzati con un opportuno linguaggio di programmazione
orientatoad oggetti Java.
Vogliamo integrare il discorso, inserendo altre utili indicazioni a siti di
interesse al fine di realizzare alcuni percorsi interattivi di fisica
online per studenti di scuole medie inferiori e superiori o di università.
E’ importante a tal fine poter caratterizzare gli strumenti a disposizione
in modo che si possano definire adeguati itinerari didattici adeguati alle
proprie conoscenze. Dall’analisi di numerosi siti è possibile ricavare una
prima classificazione degli applet così orientata:
• visualizzazioni di fenomeni a scopo introduttivo e/o di presentazione:
il livello di interattività non è elevato e in genere non sono richiesti
particolari prerequisiti. In queste simulazioni si possono generalmente
variare uno-due parametri ed effettuare semplici verifiche qualitative o
quantitative di fenomeni e leggi.
• attività e indagini con misure, grafici e deduzione di modelli. Sono
spesso disponibili alcune premesse teoriche con esercitazioni,
approfondimenti ad un più alto livello di interattività.
Sono richieste a volte preconoscenze di tipo matematico.
• studio di fenomeni attraverso giochi e/o simulazioni in contesti
differenti.
L’attività in rete consentirà, successivamente o in contemporanea,
l’approfondimento degli argomenti anche attraverso la visita a musei
virtuali, a siti di interesse storico, alla ricerca di altro materiale
didattico disponibile freeware o shareware.
Ho suddiviso il percorso in 12 moduli orientati alla presentazione, allo
sviluppo e all’approfondimento di tematiche di fisica di base con la
possibilità di verifiche ed esercitazioni. I moduli non sono completamente
indipendenti e consentono il riesame di fatti e situazioni sperimentali
precedentemente considerati. Prima di avviare lo studio interattivo è
importante a mio avviso inquadrare con una breve presentazione il tema,
mettendo in luce i fatti e i concetti fondamentali che si vogliono
indagare. L’esperienza fino ad ora sviluppata in classe si è concentrata
sulla selezione, catalogazione e controllo delle simulazioni di fenomeni
concernenti la meccanica, la termodinamica e l’elettromagnetismo. Gli
applet prevalentemente utilizzati sono stati pertanto quelli contrassegnati
con il puntino rosso ed il puntino blu.
In figura la mappa completa de “L’avventura delle Particelle”
(vedi modulo 12)
Forniamo a parte gli indirizzi di siti dove sono rintracciabili
numerosissimi applet scientifici classificati rispetto ad un certo
argomento con la possibilità di leggere ed eventualmente scaricare il
codice del programma con il quale sono stati realizzati gli applet.
http://www.jars.com/classes/jresout.cgi?category=Science+-+Physics&language=Java&rating=All
http://www.developer.com/directories/pages/dir.java.educational.physics.html
http://physicsweb.org/TIPTOP/VLAB
http://java.wiwi.uni-frankfurt.de:8080/java/owa/jr_query?searchstring=physics&vcategory=2010
1 -IL MOTO
Dopo aver sviluppato il problema del moto attraverso i concetti
fondamentali di velocità e accelerazione media ed istantanea si passano ad
esaminare alcuni casi specifici: caduta libera http://www.explorescience.com/freefall.htm
moto piano di un proiettile http://hpbabar.ba.infn.it/teach/proiettile.html
gioco: colpisci la scimmia http://www.explorescience.com/monkey.htm
moto circolare uniforme http://www.mcasco.com/p1acf.html
e accelerazione centripeta: http://plabpc.csustan.edu/general/tutorials/CircularMotion/CentripetalAcceleration.htm
moto armonico http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/shm/shm.html
esperimenti con moti armonici http://www.explorescience.com/harmonic.html
- 2 - DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE
La prima parte del modulo è incentrata sulla verifica della seconda legge
della dinamica attraverso lo studio del moto di un carrello virtuale su una
rotaia o su un piano inclinato liscio e/o scabro.
La seconda sul concetto di quantità di moto e riformulazione della seconda
legge. Viene quindi introdotto il concetto assai importante di interazione
e conservazione della quantità di moto.
L’inerzia di un corpo e la seconda legge della dinamica http://webphysics.ph.msstate.edu/jc/library/4-7a/index.html
Moto libero sul piano inclinato http://www.pa.uky.edu/~phy211/graphicJava/FMA/index.html
Il piano inclinato: studio completo con o senza forze di attrito http://www.explorescience.com/incplane.htm
Attrito statico e dinamico: moto su una superficie scabra
http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/friction/friction.html
Interazioni e quantità di moto. Sistemi a massa variabile.
Moto del razzo http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/cohete1/cohete1.htm
Teoremi di conservazione e urti. http://jersey.uoregon.edu/vlab/PotentialEnergy/index.html
Urto centrale elastico. http://jersey.uoregon.edu/vlab/Momentum/index.html
Urto centrale elastici ed anelastici http://www.explorescience.com/airtrack.htm
http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/collision2D/collision2D.html
Moto curvilineo:
La forza centripeta: http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/circularMotion/circular3D_e.html
Momento lineare e impulso http://scsx01.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/con_mlineal/m_lineal/mlineal.htm#Mom
Forze applicate. Leve e momento torcente. http://www.explorescience.com/seesaw.htm
- 3 - IL MOTO RELATIVO E LA RELATIVITA’ SPECIALE
Moto relativoe principio di relatività
galileianohttp://www.phy.ntnu.edu.tw/~hwang/relativeVelocity/relativeVelocity.html
Le trasformazioni di Lorentz. http://suhep.phy.syr.edu/courses/modules/LIGHTCONE/java/TwinParadox.html
Invarianza della velocità della luce e dell’intervallo spazio-temporale.
http://www.phy.ntnu.edu.tw/~hwang/relativity/relativity.html
Contrazione delle lunghezze e dilatazione dei tempi. http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/timedil1.htm
Lo spazio in prossimità di un campo gravitazionale
http://hpbabar.ba.infn.it/teach/space1.html
- 4 - LAVORO ED ENERGIA
Le simulazioni sono intese a rafforzare il concetto di conservazione
dell’energia meccanica in un sistema isolato.
Lavoro di una forza ed energia. Energia cinetica http://jersey.uoregon.edu/vlab/KineticEnergy/index.html
ed Energia potenziale. http://jersey.uoregon.edu/vlab/PotentialEnergy/index.html
Relazione tra forza e energia potenziale. http://www.mcasco.com/p1apso.html
Diagrammi dell’energia potenziale. http://www.mcasco.com/p1awos.html
Energia potenziale elastica. http://www.mcasco.com/p1acsw.html
Forze conservative e conservazione dell’energia meccanica
http://www.mcasco.com/p1a1dsem.html
Conservazione dell’energia in un moto rototraslatorio
http://webphysics.ph.msstate.edu/jc/library/9-10/index.html
- 5 - DINAMICA DEI SISTEMI DI PARTICELLE
L’analisi e lo studio del moto e delle interazionidegli oggetti materiali
risulta semplificato attraverso il centro di massa del sistema.
Sistemi di punti materiali. http://hpbabar.ba.infn.it/teach/roto1.html
Centro di massa http://www.mcasco.com/p1ampcm.html
http://www.explorescience.com/cofmass.htm
Moto del centro di massa di un sistema di punti materiali.
http://hpbabar.ba.infn.it/teach/cmass.html
Moto visto dal sistema del centro di massa.
Urto elastico in due dimensioni. http://www.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets
nel sistema di riferimento del laboratorio e del centro di
massa./Collision/enapplet.html
Sezione d’urto http://scsx01.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/rutherford/rutherford.html
l’esperimento di Rutherford.
- 6 - DINAMICA DEL CORPO RIGIDO
Corpi rigidi. Statica del corpo rigido. http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/block/block.html
Moto traslatorio di un corpo rigido e moto rotatorio.
Momento d’inerzia rispetto a un asse http://www.explorescience.com/momofI.htm
Dinamica rotazionale del corpo rigido. Corpo rigido che rotola senza
scivolare sopra un piano scabro.
http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/FreeRolling/FreeRolling.html
-7 - GRAVITAZIONE
Di particolare impatto risulta la realizzazione di sistemi solari a due o
più corpi con la possibilità di selezione diversi tipi di interazioni
gravitazionali.
Ciò consente di studiare qualitativamente la stabilità dei sistemi e la
loro transizione dall’ordine al caos.
Forze centrali e orbite: simulatore di sistemi solari a più corpi http://arachnoid.com/gravitation
Il sistema solare: http://www.jlabs.com/misc/solar.html
Le leggi di Keplero: http://scsx01.sc.ehu.es/sbweb/fisica/celeste/kepler/kepler.htm#segunda
http://observe.ivv.nasa.gov/nasa/education/reference/orbits/orbit2.html
http://observe.ivv.nasa.gov/nasa/education/reference/orbits/orbit3.html
http://plabc.csustan.edu/astro/VirtualAstronomyLab/Planets/KeplersLaws/KeplersLaws.htm
Orbite nel campo gravitazionale. http://www.mcasco.com/p1aso.html
Forze centrali e orbite http://www.astro.queensu.ca/~musgrave/cforce/OrbitApplet.html
- 8 - STATICA E DINAMICA DEI FLUIDI
Spinta di
Archimedehttp://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/buoyforce.htm
Misure di densità di vari oggetti http://www.explorescience.com/density.htm
Pressione idrostatica nei
fluidihttp://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/hydrostpr.htm
Forze di attrito nei fluidi http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/stokes/stokes.html
- 9 - MMECCANICA STATISTICA E TERMODINAMICA
L’individuazione degli stati e delle grandezze macroscopiche che li
descrivono, attraverso l’approccio statistico, ha assunto un ruolo sempre
più decisivo nell’odierno panorama della fisica. Gli applet sviluppati in
questi siti, oltre a rendere vivaci e stimolanti le usuali ma fondamentali
esperienze sui gas perfetti e reali,e in generale sulle trasformazioni
termodinamiche, consentono anche di sviluppare e approfondire i concetti
statistici collegati con le principali grandezze.
Temperatura ed equilibrio termico.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/simConduccion/simConduccion.htm
Misura della temperatura e termometro a gas.
Pressione dei gas http://suzy.unl.edu/bruno/java/pressure.html
Gas perfetti. Leggi dei gas: http://plabpc.csustan.edu/general/tutorials/temperature/CharlesLaw/CharlesLaw.htm
http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/idealGas/idealGas.html
http://jersey.uoregon.edu/vlab/Piston/index.html
Teoria cinetica dei gas e distribuzione delle velocità Maxwell-Boltzmann
http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/KineticTheory/kinetictheory_ita.htm
Distribuzione delle velocità molecolari. http://jersey.uoregon.edu/vlab/Balloon
Lavoro e Calore.
Trasformazioni termodinamiche: isobare, isocore e isoterme.
http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/gaslaw.htm
http://wigner.byu.edu/idealgas/pvgas.htm
Calore Lavoro.
L’esperimento di Joule: http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/kim/joule/joule2_ita.htm
Il primo principio della termodinamica. Cicli termodinamici.
Il ciclo di Carnot. http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/carnot/carnot.html
Motore a quattro tempi http://sunsite.fri.uni-lj.si/~colos/COLOS/EXAMPLES/XDJ/ENGINE/engine.html
Il secondo principio della termodinamica. Macchine che lavorano con piu’
sorgenti.
Il moto Browniano http://www.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets/brownian/enbrownian.html
Transizioni di fase nei sistemi lontani dall’equilibrio
http://www.phys.virginia.edu/classes/109N/more_stuff/Applets/ness/nessintro.html
- 10 - OOSCILLAZIONI E ONDE
Lo studio dei fenomeni oscillatori è forse uno dei più gettonati da parte
dei numerosi siti, ricercatori istiuzioni e università che si dedicano alla
costruzione sul web delle simulazioni. In effetti gli applet si prestano
bene a visualizzare le propagazioni ondulatorie nelle loro varie
caratterizzazioni fisiche.
Di particolare interesse e spessore, risultano a mio avviso, gli
esperimenti dedicati al principio di sovrapposizione, alla scomposizione
dei fenomeni periodici e allo studio interattivo del teorema di Fourier anche
attraverso l’ascolto del corrispondente effetto sonoro.
Il pendolo semplice http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/Pendulum/Pendulum.html
La molla e la legge di Hooke http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/springWave/springWave.html
Moto armonico: Il pendolo semplice http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/Pendulum/Pendulum.html
Sovrapposizione di moti armonici e figure di Lissajous
http://www.explorescience.com/lisajous.htm
Oscillazioni libere e smorzate. http://scsx01.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/libres/libres.htm
Oscillazioni forzate e risonanza. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/oscilaciones/perturbacion/propagacion.html
Oscillazioni forzate http://www.explorescience.com/drivosc.htm
Risonanza http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/resonance.htm
Onde nel piano http://hpbabar.ba.infn.it/teach/wave2.html
Onde stazionarie. Onde elastiche. http://www.explorescience.com/longwave.htm
Onde longitudinali http://members.xoom.com/Surendranath/Lwave/Lwave01.html
http://members.xoom.com/Surendranath/Applets.html
Onde Trasversali http://members.xoom.com/Surendranath/Twave/Twave01.html
Onde longitudinali stazionarie http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/stlwaves.htm
Principio di sovrapposizione http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/waveSuperposition/waveSuperposition.html
http://wigner.byu.edu/masong/sinewave2.html
e interferenza. http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/waveInterference/waveInterference.html
costruttiva e distruttiva http://wigner.byu.edu/masong/twoslit.html
Principio di Huygens http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/huygensengl.htm
Interazioni delle onde con un mezzo: riflessione e rifrazione
http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/propagation/propagation.html
Interferenza http://www.explorescience.com/interfer.htm
Interferenza alla Young http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/doubleSlit/doubleSlit.html
Scomposizione di un moto periodico (Teorema di Fourier)
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/MovOndulatorio/fourier/Fourier.html
http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/sound/sound.html
L’effetto Doppler http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/Doppler/Doppler.html
-11 - ELEMENTI DI ELETTROMAGNETISMO E STRUTTURA DELLA MATERIA
Di sicuro impatto didattico sono le visualizzazioni del concetto di campo
elettrico e magnetico e potenziale elettrico. Soprattutto in ottica gli
applet consentono l’esame e l’esplorazione virtuale di fenomeni altresì
difficili da indagare quali l’arcobaleno, la legge dell’intensità luminosa
e lo studio di particolari spettri atomici.
La carica elettrica, il campo elettrico e magnetico http://ippex.pppl.gov./ippex/module_3/atoms.html
Forze coulombiane http://www.explorescience.com/coulomb.htm
Campo e
potenzialehttp://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/proyecti/proyecti_ita.htm
Conduzione della corrente nei solidi http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/kim/resistenze/serie_ita.htm
Legge di Ohm http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/ohmslaw.htm
Carica e scarica di un condensatore http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/rc/rc.html
L’effetto Joule della corrente http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/kim/joule/heat_ita.htm
Generatori di corrente http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/generatorengl.htm
La corrente indotta http://ww2.unime.it/dipart/i_fismed/wbt/ita/indcur/indcur_ita.htm
Il motore elettrico http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/electricmotor.htm
Circuito in ac http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/accircuit.htm
Circuito oscillante http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/osccirc.htm
Correnti e campi.
Moto di una particella in un campo magnetico http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/emField/emField.html
Forza di Lorentz http://www3.adnc.com/~topquark/fun/JAVA/electmag/electmag.html
Propagazione di un’onda elettromagnetica http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/emWave/emWave.html
Ciclotrone http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/cyclotron/cyclotron.html
Interazioni fra cariche e materia: l’effetto fotoelettrico
http://webphysics.ph.msstate.edu/jc/library/27-4/index.html
-11 a - OTTICA GEOMETRICA E OTTICA FISICA
Propagazione rettilinea della luce e camera oscura http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/pinHole/pinhole.html
Intensità della luce e propagazione http://jersey.uoregon.edu/vlab/InverseSquare/index.html
Il prisma e la dispersione della luce http://www.explorescience.com/prism.htm
Fisica dell’arcobaleno http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/Rainbow/rainBow.html
Lenti sottili http://www.explorescience.com/lenscon.htm
http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/Lens/lens_e.html
Principio di Fermat e legge di Snell della rifrazione
http://www.dipmat.unict.it/vpl/ntnujava/refraction/refraction.html
http://www.explorescience.com/fermat.htm
Radiazione: spettri di emissione e assorbimento http://jersey.uoregon.edu/vlab/Spectra/index.html
Infine per concludere o per ricominciare:
- 12 -L’AVVENTURA DELLE PARTICELLE
Un corso completo di fisica moderna di base sviluppato da rinomati centri e
Istituzioni di Ricerca quali il FermiLab, il Cern di Ginevra e altri,
rivolto allo studio del mondo delle particelle elementari e alla principale
chiave d’interpretazione dello stesso: il modello standard.
In particolare, questo progetto nel presentare il Modello Standard delle
particelle e delle forze fondamentali evidenzia tre importanti punti di
vista della fisica: la teoria, le conferme sperimentali e i problemi
lasciati aperti. http://particleadventure.org/english/index.html
La versione italiana realizzata dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare:
http://wwwps.lnf.infn.it/particle/paitaliano/preview.html
Franco Nuzzipigreco@pangeanet.it
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