Misura di densità / 2

Nella seconda sessione sono state eseguite le misure.
Vogliamo determinare la densità come pendenza di un grafico V/M, quindi eseguendo delle misure incrementali di massa e di volume corrispondente della sotanza la cui densità si vuole determinare.
Come oggetti ("pesetti") utilizziamo delle rondelle: hanno diametro di circa 2 cm (per entrare nel recipiente graduato), pesano circa 3g l'una.
Per innalzare l'acqua di almeno 3ml, abbiamo bisogno di gruppi di 8 rondelle.
La cosa più complicata è stata capire come passare dalle misure dirette alle grandezze che poi sono da riportare negli assi del grafico.
Infatti le misure dirette sono:

• V_iniziale: il volume inziale dell'acqua a recipiente vuoto (dai pesetti).
  E' il cosiddetto "zero".
• D_M, l'incremento di massa: la massa del gruppo di pesetti da aggiungere.
• V_lordo: il volume totale di acqua + la totalità delle masse inserite nel recpiente graduato fino a quel momento.

Invece le grandezze da plottare sono:

• M_tot: la totalità della massa dei pesetti inseriti nel recipiente.
  Questa grandezza si ottiene sommando l'incremento di massa a quelli precedentemente inseriti nel recipiente.
• V_M: il volume effettivamente occupato soltanto da, dunque al netto del volume iniziale dell'acqua.
  Questa grandezza si ottiene dalla seguente differenza:
  V_lordo - V_iniziale

Fattibilità: ho lavorato con 24 rondelle per gruppo, ma è stato necessario unire le misurazioni di due gruppi per avere almeno 6 misure. Idealmente, servono una cinquantina di rondelle per gruppo.

Misura di densità

Oggi abbiamo spiegato la prossima esperienza di laboratorio.
Obiettivi

1. verificare che per una sostanza solida, la massa M ed il volume V sono direttamente proporzionali
2. determinare la misura (valore ed inc assoluta) della densità della sostanza data, come pendenza del grafico della massa in funzione del volume
3. stabile di che tipo di sostanza si tratta

Materiale:

1. rondelle di sostanza incognita
2. recipiente graduato
3. bilancia
4. acqua

Metodo:
tabella sperimentale con gli incrementi di massa e il volume misurato con recipiente graduato
grafico sperimentale -> verificare se la retta di interpolazione passa per l'origine
funzione LINEST fornisce il valore della pendenza
ultima sfida: come calcolare l'incertezza assoluta sulla pendenza?

Allungamenti di una molla / 4

Ultima sessione.
Gli alunni hanno riportato la tabella su computer e creato il grafico di interpolazione lineare.
Ho fatto utilizzare loro il Foglio di calcolo messo a disposizione da Google Documenti: sono infatti disponibili sia il grafico di dispersione, sia la funzione di interpolazione lineare (LINEST) che restituisce la pendenza e l'eventuale intercetta con l'asse delle ordinate (devo ancora trovare la funzione più adatta).
Con scadenza di una settimana ho chiesto di scrivere una relazione di 2 facciate, proponendo la seguente traccia.

Link utili: interpretazione dei risultati della funzione Linest

Allungamenti di una molla / 3

Terza sessione: disegnare il grafico sperimentale (su carta), e calcolare graficamente la pendenza.

Ciascun componente del gruppo ha dovuto:

• ricostruire la tabella presa l'altra volta ("prof, ho lasciato il quaderno con i dati in classe, posso andare a prenderli?";
• calcolare i rapporti M/L;
• disegnare un grafico di M in funzione di L dei punti sperimentali (quasi tutti hanno messo incertezza 1mm mentre l'allungamento, essendo derivato, ha almeno 2mm), disegnare le due rette di interpolazione massima e minima, calcolarne graficamente la pendenza (ho dovuto spiegarlo molte molte volte);

Poi mi sono lasciato andare alla creatività :-) : ho detto che il risultato della misura si otteneva facendo la media delle due pendenze calcolate graficamente, e come incertezza la loro semi-dispersione. Sarà giusto? Non volevo ancora ricorrere all'interpolazione lineare di excel.

Prossima volta dovranno confrontare il risultato con R medio +/- dev standard ottenuto dalla tabella.

Allungamenti di una molla / 2

Nella seconda sessione i ragazzi hanno eseguito le misure direttamente.

Obiettivo: riempire la tabella sperimentale con almeno 5 misure, escluso lo zero, e verificare che il rapporto massa/allungamento rimane approssimativamente costante.
Aspetti interessanti:

• non banale per alcuni distinguere tra posizione x (dell'estremo libero della molla), e allungamento L (rispetto alla posizione a riposo): molti confondevano le due grandezze nel calcolare il rapporto con M;
• lo stesso con gli incrementi di massa: inizialmente alcuni rapportvano gli incrementi di massa (sempre uguali) con l'allungamento rispetto alla posizione di riposo: "prof, i conti non tornano!";
• una lettura su un righello va fatta bene e può essere sbagliata anche di un paio di mm, se non ci si imposta bene (ad esempio, se non ci si smuove dallo sgabello...)

cosa non si impara col lab!

Trucchi:

• siccome non avevo ancora le sbarre trasversali, ho usato delle matite.
  Poi ho trovato dal ferramenta uno splendido tondino in alluminio lungo 1 m, diametro 8mm, dal costo di qualche euro, che mi accingo a tagliare con un seghetto da ferro economico;
• è fondamentale partire con la molla già un po' in tensione: infatti se essa tende a stare tutta compressa, non è in condizioni di linearità (almeno, i dati non lo sono :-) )
• sempre dal ferramenta ho trovato delle bellissime rondelle, ottime per incrementi regolari di massa: massa 10 g, diametro interno 0,7 cm circa, ne ho comprate una sessantina. Ed ho preso anche 5 "ganci", usati come porta-massa, che pesano un 20g solo loro, ottimi per tendere inizialmente la molla.

Laboratorio 2010

Come funziona il laboratrio di fisica in Argonne?

Da settembre 2010 il laboratorio di fisica presso il Liceo Faes Argonne è stato oggetto di notevoli investimenti, sia in denaro che di progettazione.
Grazie a questi sforsi esso occupa ora un ruolo non trascurabile nell'offerta didattica del Liceo.

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Logistica
Collocato in modo ideale, al piano terra del plesso del Liceo Scientifico (analogamente alla palestra, la biblioteca e la sala di musica), è dotato di 5 tavoli da laboratorio, muniti di computer, in grado di ospitare 15 alunni.
E' dotato inoltre di una scrivania, di un paio di tavoli di appoggio, di un armadio di medie dimensioni, ancora provvisorio, e di una whiteboard.

Nel Settembre 2010, oltre a ricevere l'attuale collocazione, il laboratorio è stato dotato di diverse nuove apparecchiature, che permettono di svolgere numerose esperienze, non solo alla cattedra ma soprattutto a piccoli gruppi.

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Apparecchiature
Il criterio seguito ormai da alcuni anni per la scelta delle apparecchiature è quello proposto da Pasco Scientific, rappresentato dalla società Elitalia di Milano. Queste sono le linee seguite per la scelta degli apparati:

• apparati robusti, per minimizzare le energie dedicate alla manutenzione;
• assemblaggio rapido, in stile "Plug & Play", per minimizzare il tempo di preparazione delle esperienze/apparati;
• con videoistruzioni, per garantire il passaggio del know how;
• organizzato in "kit" (espandibili e componibili), studiati per realizzare diverse esperienze in modo sufficientemente preciso, rinunciando così all'idea del cosiddetto laboratorio fatto in casa o con materiale povero (approccio considerato per certi aspetti un "mito");
• senza disdegnare l'acquisizione online di alcuni dati sperimentali, secondo l'idea che questo approccio non escluda affatto una visione diretta del fenomeo, anzi permette di rilevare in modo assai tangibile le inlfuenze dei vari compknente nonché di analizzare la presenza di eventuali errori sistematici.

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Risorse per conoscere il funzionamento del laboratorio:

• elenco delle esperienze fattibili e previste per il biennio del liceo scientifico (nuovo ordinamento).
• il diario dell'attività di laboratorio della prima liceo 2010 (su questo blog)

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Modalità di fruizione del laboratorio

Prima Liceo Scientifico 2010-11 (ordinamento riformato)
la classe svolge 1 ora di laboratorio a settimana.
le esperienze di laboratorio vengono portate avanti con il seguente schema (ogni fase può richiedere più di una sessione)

• Prima fase: Dimostrazione dell'esperienza.
  A cura del docente, gli alunni prendono appunti e ricevono le informazioni prioncipali per orientarsi nell'esperienza
  
• Seconda fase: esecuzione delle misurazioni - per gruppi di tre, generalmente omogenei per capacità, autonomia e preparazione: al termine di ogni ora, il gruppo deve sempre consegnare un prodotto (generalmente una tabella)
• Terza fase (sempre in laboratorio): elaborazione dei dati sperimentali, anche su fogli elettronico
• Quarta fase: stesura della relazione di laboratorio in 1 ora (verifica in classe)

Terza e Quarta Liceo Scientifico tradizionale
Grazie agli investimentio eseguiti per le classi della riforma, gli alunni di queste classi vengono condotti in laboratorio generalmente per esperienze alla cattedra, senza trattazione completa dei dati sperimentali, che coprioono gli aspetti principali dei loro argomeni di studio: cinematica, applicazione delle leggi di Newton; termologia; ottica geometrica.

Quinta liceo scientifico tradizionale
Per tale classe le modalità di labvoratorio vengono condotte principalmente in esterno, in collaborazione con le strutture universitarie.

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Ringraziamenti
Per la realizzazione del nuovo laboratorio, si ringraziano in particolar modo:

• la Direzione Argonne per la fiducia conferita nel progetto di rilancio del laboratorio;
  
• la sede Faes per la ricerca e la destinazione di fondi per il laboratorio;
• il prof. Barone per la collaborazione dimostrata nella riorganizzazione degli spazi;
• il dott. Fontana (Elitalia) per la consulenza nell'individuazione del materiale di base
• i colleghi di dipartimento scientifico per il riconoscimento delle necessità del laboratorio del liceo scientifico e la conseguente priorità lasciata alle risorse;

Il responsabile del laboratorio di Fisica
prof. Fabio Carpenedo

Allungamenti di una molla / 1

Prima puntata della verifica della legge di Hooke.
Ho mostrato ai ragazzi, che prendevano appunti, l'esperienza dalla A alla Z. La prossima volta (in due sessioni) dovranno farcela da soli.

Materiale:

• stativo (cioè base) + barra;
• righello 30cm (si appende da solo!);
• molle (ne ho 12 x 5!!);
• portamasse;
• masse tarate (ne ho 10, tagli da 10g - 20g - 50g) prese dal kit di statica della Pasco

Ho eseguito le misure e riportato in tabella alla lavagna:

• misure dirette: massa m; posizione molla x.
• grandezze derivate: forza applicata F (in gp o mN); allungamento L; rapporto F/L.

Obiettivi:

1. verificare se F/L resta costante;
2. se punti sperimentali su una retta;
3. misura grafica della pendenza della retta

Aspetti migliorabili:

1. le molle a riposo non sono in condizioni di linearità!!! devono essere messe un po' in tensione;
2. anche per la ragione suddetta, conviene avere molte più masse -->>> rondelle pesanti.