Aggiornato il 11 Aprile 2023
Con la sua Teoria della Relatività Generale, Albert Einstein descrive in chiave moderna e corretta la gravità, quella che trattiamo anche a scuola. Per farlo, abbandona l’idea dell’azione a distanza di Newton e introduce invece il concetto di spaziotempo, un’entità che unisce spazio e tempo e che, soprattutto, ha una proprietà fondamentale: si deforma in presenza della massa. Ed è proprio questa deformazione che produce l’effetto che Newton, e noi, chiamiamo gravità.
La matematica che usa Einstein per descrivere la gravità è sicuramente più complicata e avanzata di quella usata da Newton, ma noi pensiamo sia possibile studiare e comprendere la teoria corretta della gravità senza dover per forza ricorrere a questa matematica! Come? Basta usare un telo elastico e qualche pallina per costruire uno strumento che chiamiamo “spaziotempo” in questo progetto curato da Ilaria De Angelis del Dipartimento di Matematica e Fisica dell’Università Roma Tre e Adriana Postiglione dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN!
Informazioni preliminari
Un modo semplice per parlare di Relatività Generale anche in classe è allora proprio quello di sfruttare la rappresentazione dello spaziotempo che fa uso di un telo elastico. Infatti, se lanciamo una biglia sul telo disteso, questa andrà dritta, mentre se posizioniamo un peso sul telo e poi torniamo a lanciare la biglia, vedremo che questa non va più dritta, ma seguirà una traiettoria curva. Il telo si deforma, così come fa lo spaziotempo in presenza di una massa (una stella, una galassia…), e la biglia è obbligata a muoversi di conseguenza, proprio come fanno i corpi celesti o i pianeti che girano intorno al Sole. È questo il principio su cui si basa questa proposta didattica: costruire uno spaziotempo fai da te attraverso materiali economici e facilmente reperibili e sperimentare con pesi e biglie i fenomeni previsti da Einstein. Seguendo le linee guida e i trucchi raccolti nel manuale gratuito Sperimentare la gravità con il telo elastico, sarete guidati dalla costruzione della struttura alle attività che potrete realizzare con i vostri studenti e studentesse. A seconda delle classi con le quali vorrete proporre le tematiche legate alla gravità, potrete così trattare in chiave moderna, divertente e interattiva le leggi di Keplero. Ma, seguendo le altre applicaizoni del manuale, potrete parlare anche di viaggi spaziali, di sistemi stellari doppi, di lenti gravitazionali, di buchi neri e di onde gravitazionali.
Materiali
- manuale gratuito Sperimentare la gravità con il telo elastico
- Hula-hoop
- Telo di lycra
- Listelli di legno
- Viti
- Fissatubo a scatto
- Morsetti a molla
- Biglie di vetro
- Pesi diversi (palla-peso di pilates, sfere di piombo per la pesca, dischi di ghisa…)
Costruzione dello spaziotempo
Come indicato sul manuale, l’assemblaggio dello spaziotempo fai da te è molto semplice e si può fare in pochi minuti: basterà montare i fissatubo a scatto sui listelli di legno con le viti, e poi bloccare l’hula-hoop sui fissatubo. A questo punto, potrete disporre il telo di lycra sull’hula-hoop e fissarlo con i morsetti. E non avrete il problema di occupare molto spazio, visto che potrete montare e smontare il vostro spaziotempo quando volete!
Date anche spazio alla fantasia: se trovate un modo più ingegnoso per costruire il vostro spaziotempo, sperimentate! Potete usare più listelli, oppure un hula-hoop anche alla base della struttura per garantire una maggiore solidità, oppure materiali ancora diversi. L’importante è avere un telo elastico su cui poter sistemare i pesi e lanciare le biglie.
Come usare lo spaziotempo: dalle Leggi di Keplero alla relatività
Uno dei primi utilizzi possibili dello spaziotempo è l’applicazione alle leggi di Keplero (vedi scheda 3 del manuale). E’ possibile infatti simulare i pianeti che orbitano intorno al Sole, osservando le caratteristiche delle loro orbite descritte dalle Leggi di Keplero. Per utilizzare lo spaziotempo a questo scopo, bisogna posizionare il peso sul telo e lanciare le biglie come descritto nel manuale. Potrete ad esempio osservare le orbite ellittiche descritte dalle biglie intorno al peso centrale, oppure come la velocità della biglia sia diversa a seconda del punto dell’orbita in cui si trova. La durata di questa attività è di circa 2 ore.
Grazie allo spaziotempo, è possibile sperimentare numerosi altri fenomeni riguardanti la gravità, seguendo le linee guida descritte nel manuale.
Oltre all’attività sulle Leggi di Keplero, sono consigliate le seguenti attività aggiuntive:
- scheda 4: capiamo l’effetto fionda gravitazionale, sfruttato dalle missioni spaziali per viaggiare nello spazio
- scheda 5: scopriamo l’orbita dei pianeti intorno alle stelle doppie
- scheda 6: cos’è l’effetto della lente gravitazionale?
- scheda 7: sveliamo il mistero dei buchi neri
Add Comment