La teoria della relatività, dopo un secolo dalla sua formulazione, è una teoria ormai consolidata, confermata da migliaia di esperimenti. Ci si deve porre allora il problema se debba diventare parte integrante dell’insegnamento della fisica o continuare a rimanere relegata, nella migliore delle ipotesi, ad un paio di settimane di lezioni. Ovviamente la risposta non può che essere la prima, per diversi motivi. Innanzitutto il processo educativo nella scuola deve guidare lo studente verso la costruzione di una sua consapevole visione del mondo in cui la fisica ha un’importante collocazione culturale in quanto “non solo ci fa conoscere il mondo, non solo è in grado di cambiarlo, ma è capace di trasformare le categorie con le quali lo interpretiamo”.
In questo senso la fisica non solo contribuisce, nel contatto con le altre discipline, ad una visione completa dell’evoluzione del pensiero e della storia dell’umanità e alla formazione culturale dell’allievo (attraverso lo sviluppo di capacità di analisi e di collegamento e delle facoltà di astrazione e di unificazione che la fisica richiede per indagare sul mondo naturale), ma concorre anche alla acquisizione di una mentalità flessibile ed è indispensabile per le scelte che ogni cittadino è chiamato a compiere nella vita democratica. Inoltre analisi recenti mostrano come gli studenti siano affascinati da argomenti di Relatività o di Fisica delle Particelle più di quanto non lo siano, in generale, dalla Fisica Classica; La fisica “è una” e molti concetti (per esempio quelli legati ai principi di conservazione) sono fondamentali tanto per la Fisica Classica che per la Fisica Moderna.
E’ dunque necessario studiare la Fisica Moderna, perché è fondamentale per la cultura del cittadino, suscita interesse negli studenti (con un vantaggio per l’apprendimento) ed è conveniente insegnarla, perché evidenzia principi fisici generali, comuni in parte anche alla Fisica Classica cosa che permette di rivedere e approfondire molti concetti generali, con evidenti benefici per la didattica.
Un altro obiettivo primario dell’insegnamento della disciplina deve essere quello di far nascere nell’allievo la sensibilità e la percezione alla base della capacità di comprendere la linea di demarcazione tra fisica e meta-fisica e (soprattutto all’inizio dello studio di ogni nuovo contenuto) la capacità di superare il cosiddetto “pensiero di senso comune” che troppe volte impedisce la comprensione dei contenuti stessi e del modo di procedere della scienza fisica (si vedano misconcezioni …)
Diventa a questo punto fondamentale “una ridefinizione dei saperi legandolo ad una nuova idea di cultura, di scuola, di processi di insegnamento/apprendimento … si è preso atto della necessità di selezionare nuclei di conoscenza disciplinare da approfondire e sviluppare “[1 ]. Infatti il Documento del Gruppo di Studio AIF-SIF [1], ha individuato il ruolo e il significato di una fisica insegnata per nuclei fondanti, cioè traducendo l’idea di nucleo fondante nel contesto della cultura scientifica: “Un diverso modo di guardare alla cultura scientifica e ai processi di insegnamento/apprendimento implica un diverso modo di individuare i contenuti: dalla quantità alla qualità.
Dovrà essere privilegiata la ricerca di nuclei disciplinari fondanti ai quali ancorare percorsi didattici culturalmente significativi e riflessioni sul significato culturale delle scienze affinché queste emergano come discipline caratterizzate da una propria struttura interna, da specifici metodi di indagine e dall’uso di particolari linguaggi, nonché da una loro fecondità in una dimensione culturale più ampia di interconnessione con altre discipline.”
In questa ottica l’insegnamento della relatività è fondamentale in quanto le concezioni di spaziotempo sono “enti e / o idee centrali per il nostro essere nel mondo e per la nostra conoscenza di esso”, ma sono anche emblematiche del succedersi nel corso dello sviluppo storico dei rapporti tra fisica e meta-fisica, tra fisica e pensiero cultuale. Inoltre la teoria della relatività è anche una teoria quadro, che vincola la forma in cui devono essere espresse teorie specifiche.
INDICE
PREMESSA Pag.1
PROPOSTA DIDATTICA Pag. 5
PERCORSO DIDATTICO : Pag. 7
· Cinematica Pag. 7
o Principio di relatività
o finitezza e invarianza di c; c come velocità limite Pag. 14
o relativita’ ristretta Pag. 16
· Dinamica
o Enermoto Pag. 25
o Urti Pag. 31
· Effetto Doppler Pag. 31
· Esperimento di Michelson-Morly Pag. 34
· Introduzione alla relatività generale Pag. 44
APPENDICE1
o Test iniziale Pag. 55
APPENDICE2
o Esercitazione1 GPS Pag. 55
o Esercitazione2 : Diagrammi spazio- tempo Pag. 59
o Esercitazione3 : dinamica Pag. 70
o Esercitazione4 : relatività generale Pag. 74
APPENDICE3
o Approfondimento1 Pag. 77
o Approfondimento2 : Trasformazioni di Lorentz e Diagrammi spazio- tempo Pag. 79
o Approfondimento3 : dinamica Pag. 89
Note e bibliografia
[1]N. Grimellini Tomasini, O. Levrini. C. Casadio, M. Clementi, S. Medri Senni Insegnare fisica per nuclei fondanti:un esempio riferito al concetto di spazio La Fisica nella Scuola, XXXII, 4, 202-213, 1999.
[2]Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1686)
[3]Kant, Critica della ragion pura ( 1783)
[4]Einstein “L’elettrodinamica dei corpi in movimento” (1905)
[5]Minkowski “Spazio e tempo” (1908).
[6]O. Levrini – Il Contributo della Relatività Ristretta al dibattito sui concetti di Spazio e Tempo in Fisica:Analisi Della Prospettiva Di Einstein,2006
[7]N.Grimellini Tomasini, O. Levrini (2005) – L’Elettrodinamica dei corpi in movimento e i libri di testo: riflessioni sul significato culturale della relatività ristretta – La Fisica nella Scuola, XXXVIII
[8]Resnick R. (1968), Introduzione alla Relatività Ristretta, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
[9]Taylor E. F., Wheeler J. A. 1992, Fisica dello spazio-tempo, ed. it. Zanichelli (1996)
[10]Fabri E., “Insegnare relatività nel XX secolo”, Lezioni alla Scuola Estiva Estiva A.I.F., 2001, Q16
[11]Halliday D., Resnick R., Walker J., Fondamenti di Fisica, Zanichelli editore, 2001,
[12]Carla Casadio e Olivia Levrini -Lo Spazio e il Tempo Assoluti di Newton, 2006
[13]P.Casini – Filosofia e fisica da Newton a Kant -, 1978.
[14]L.Geymonat – Storia del pensiero filosofico e scientifico – Garzanti, 1971.
[15]K.R.Popper – Congetture e Confutazioni – 1972.
[16]T.S.Kuhn – La struttura delle rivoluzioni scientifiche – Einaudi, 1969 .
[17]K.R.Popper – Scienza e filosofia – Einaudi, 1969.
[18]K.R.Popper – La logica della scoperta scientifica – Einaudi, 1970 .
[19]E.Mach – La meccanica nel suo sviluppo storico-critico – Boringhieri, 1968.
[20]S. Bergia – La storia della relatività – La Fisica nella scuola, Anno VIII, n°1, 1975.
[21]G. Boniolo – Filosofia della fisica- Mondatori, 1997
[22]Einstein. (1917) – Relatività esposizione divulgativa, – Boringhieri, 1980
[23]Einstein. – Opere scelte – Boringhieri, 1988
[24]Weinberg S. – Gravitation and Cosmology, Wiley and Sons, 1972
[25]Landau-Lifsits – Teoria dei campi – Ed.Riuniti, 1976
[26]Olivia Levrini _ Analisi della prospettiva di Minkowski
[27]Giordano Bruno “La cena delle ceneri”
[28]Galileo Galilei “Dialogo sopra i massimi sistemi”
[29]www.arrigoamadori.com/lezioni/FdA_WEB/FdA_F02_RelativitaRistretta.htm#_Toc114747483
[30]A.B. Arons, Guida all’insegnamento della fisica, Zanichelli, Bologna, 1992
[31]Possibile modo per ricavare le trasformazioni di Lorentz (da Scorza F., Un esperimento di insegnamento della Relatività in una classe di Liceo Scientifico: dal progetto alla realtà di classe, Tesi di Laurea in Fisica, Università di Bologna, Relatore Prof. N. Grimellini Tomasini, Correlatori Prof. P. Fantini, Dott. O. Levrini)
[32] P.Colella :presentazione della sperimentazione di relatività al WS di Udine
[33]http://www.df.unipi.it/~fabri/sagredo/
Scarica la tesi Una sperimentazione didattica sulla relatività
Scarica il file di Geogebra "Viaggio Spaziale con riferimento sul razzo che si allontana"
Scarica il file di Geogebra "Viaggio Spaziale con riferimento sul razzo che ritorna"
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