Studio del moto in tempo reale

filmato sul moto (è richiesto il decoder DIVX, download DIVX)

Il sensore di movimento registra la posizione di un oggetto inviando e ricevendo ultrasuoni. Se è collegato al computer attraverso un'interfaccia ed uno specifico software, il computer disegna in tempo reale un grafico che racconta la "storia" di ciò che accade durante il movimento in esame.

Noi abbiamo utilizzato il sistema della Vernier (LabPro, LoggerPro, sonar), proiettando i grafici su un grande schermo per rendere possibile il lavoro con l'intera classe.

Il percorso didattico sperimentato è basato sulla proposta LES. http://www.les.unina.it/Le attivita/percorsi/movimento/mov.html

Fasi dell'attività

1. Si è iniziato con l' introdurre le idee di base sul moto, cioè le variabili in gioco, la traiettoria, la velocità, il sistema di riferimento (mi muovo o sono fermo rispetto a ...). I ragazzi sono stati invitati a realizzare passeggiate in libertà e a descrivere a parole, caso per caso, traiettoria e andatura.

2. Lavorando in gruppi, la classe ha analizzato il moto lungo una traiettoria rettilinea di un compagno attraverso:

  • la misura della distanza percosa, il tempo impiegato a percorrerla, il tempo impiegato per percorrerne singole frazioni
  • il calcolo della velocità nei singoli tratti e nell'intero percorso
  • la realizzazione del grafico distanza/tempo con Excel

3. A questo punto è stato introdotto il sistema di acquisizione dati costituito da sonar – interfaccia - computer e software relativo, illustrandone brevemente le modalità di funzionamento, anche in riferimento all’utilizzo di sistemi analoghi nella vita quotidiana (apertura di porte, radar che controllano il traffico aereo, rilevazione di ostacoli nei pipistrelli...).

4. I ragazzi, a turno, si sono quindi mossi liberamente davanti al sonar, mentre il resto della classe osservava e commentava i grafici proiettati su uno schermo. Si è discusso sui vantaggi offerti dai sistemi online (connessione immediata tra movimento, rilevazione dei valori di spazio e tempo e loro rappresentazione grafica, possibilità di indagare su intervalli di tempo piccoli a piacere …) e sui problemi che man mano si presentavano (disturbi nel grafico dati dalla presenza di altri oggetti nel cono d’azione del sonar e da movimenti non controllati di mani, vestiti…)




5. Sono stati poi realizzati movimenti con andatura regolare davanti al sonar (avvicinamento, allontanamento, sosta). Facilmente la classe ha scoperto che, perchè il computer tracci:

  • una linea orizzontale (distanza costante tra camminatore e sonar), si deve stare fermi; più si sta vicini al sensore. più la linea risulta bassa (l'ordinata 0 corrisponde alla posizione del sensore, che costituisce il sistema di riferimento
  • una linea più ripida, si deve accelerare
  • una linea meno inclinata, si deve rallentare l'andatura
  • una linea inclinata verso l’alto, ci si deve allontanare dal sensore
  • una linea inclinata verso il basso, ci si deve avvicinare sensore
  • una linea "a onde" si deve cambiare più volte verso della camminata (avanti e indietro)

6. Spesso un grafico distanza/tempo viene interpretato come una trasposizione del movimento su un piano verticale, anzichè come relazione tra due variabili, in altre parole i ragazzi confondono la traiettoria con la storia del movimento. Per aiutarli ad individuare e superare questo errore, si è posta la domanda: è possibile far sì che il computer tracci una linea verticale? Dopo tentativi di vario tipo (salti in alto, movimenti velocissimi, combinazione di spostamenti di più ragazzi...), si è scoperto che ciò è impossibile, in quanto significherebbe trovarsi in tante posizioni diverse nello stesso istante.

7. La classe è stata quindi invitata a prevedere il grafico corrispondente ad una determinata passeggiata, verificando sullo schermo la correttezza delle proprie previsioni e ragionando sugli eventuali errori di previsione.

8. Si sono anche sfidati gli alunni a riprodurre, con il proprio movimento, grafici assegnati, accontentandosi inizialmente di un approccio molto approssimativo (mi devo allontanare dal sonar, avvicinare o stare fermo?), successivamente stimolando a valutare il grafico da riprodurre anche in termini quantitativi (qual'è la distanza all’origine? dopo quanti secondi c'è un cambio di pendenza?) e a migliorare il controllo dell'andatura per avvicinare il più possibile la propria traccia a quella assegnata. Per questo tipo di esercizio sono stati utilizzati sia grafici dell’archivio fornito dal software (nel nostro caso della Vernier), sia traccelasciate sullo schermo dal precedente movimento di un compagno. In questo secondo caso chi doveva riprodurre il grafico era invitato ad uscire dall’aula durante la camminata del compagno.

9. Si è fatto notare, muovendo il sonar davanti ad un ragazzo fermo, che l’andamento di un grafico dipende dalla posizione del sistema di riferimento e si è sfidata la classe a riprodurre lo stesso grafico attraverso movimenti diversi. E’ stato ad esempio proposto di realizzare una linea orizzontale muovendosi davanti al sonar invece di restare fermi. Qualcuno è riuscito nell’intento, comprendendo che doveva muoversi contemporaneamente al sonar in modo da mantenere costante la distanza reciproca.

10. Infine sono stai introdotti i grafici della velocità, scoprendo che le irregolarità sono legate ai passi, e si è analizzata la loro correlazione con i grafici distanza contro tempo.

La realizzazione collettiva dell’attività, percepita come una gara, è piaciuta molto ai ragazzi, che si sono sentiti sfidati a scoprire il legame tra movimento e sua rappresentazione grafica ed hanno attivato discussioni tra loro per dare consigli e suggerimenti ai compagni che si muovevano davanti al sonar. In questo modo è risultato spontaneo ragionare su concetti chiave quali velocità, tempi di reazione, differenza tra traiettoria e legge oraria.

Questo tipo di attività può facilitare l’apprendimento di leggi fisiche e relazioni matematiche in generale, perché offre i seguenti vantaggi:

  • risulta motivante, in quanto coinvolge attivamente gli alunni, divertendo
  • permette un feedback immediato tra movimento e sua rappresentazione e quindi offre la possibilità di apprendere dai propri errori
  • si presta bene ad essere sviluppato con l’intera classe, grazie alla possibilità di proiettare su un grande schermo i grafici; questo aiuta a socializzare l’esperienza, stimola la discussione, gli scambi di consigli
  • grazie all’immediatezza della risposta rende possibile la ripetizione della prova, facendo così cogliere meglio la correlazione tra movimento e grafico.