1. Moti Relativi

La scelta di tale argomento è dettata dal fatto che esso è particolarmente suscettibile di fraintendimenti che rendono poi difficoltoso l'apprendimento della meccanica. Molti studenti, infatti, hanno difficoltà a comprendere che uno stesso moto può apparire in maniera diversa se osservato da differenti sistemi di riferimento inerziali, cioè da sistemi rispetto ai quali l' accelerazione del corpo in moto è istante per istante la stessa. La mancata o erronea acquisizione di tale concetto finisce poi con il compromettere la corretta comprensione della prima legge della dinamica, con tutte le prevedibili conseguenze.

Il programma sviluppato simula il moto di un oggetto (una bomba) che viene lasciato cadere, con velocità iniziale nulla, da un aereo in volo orizzontale. Il moto della bomba è visualizzabile sia nel sistema di riferimento solidale all'aereo che in quello solidale al suolo. Inoltre è possibile simulare il moto stesso sia in presenza di attrito con l'aria che nel caso ideale in cui questo sia assente.

L'utente può impostare la velocità dell'aereo (che quindi sarà anche la velocità iniziale della bomba nel sistema di riferimento del suolo) e può scegliere se attivare o meno l'attrito; dopodichè osserva il moto della bomba dal sistema di riferimento che preferisce. Dopo che questa è arrivata a terra (ed ha prodotto una innocua esplosione di fiori!), l'animazione si arresta e può essere impartito un comando che attiva la visualizzazione della traiettoria seguita dalla bomba stessa, sia in presenza che in assenza di attrito, in ciascuno dei due sistemi di riferimento. A questo punto, cioè con una traiettoria visualizzata, è possibile effettuare mediante il puntatore del mouse delle misure di distanza su di essa.

L'interaccia grafica dell'applet è mostrata nella Fig. 1.

Per far partire la simulazione occorre innanzitutto scegliere il sistema di riferimento utilizzando l'apposito pulsante, quindi decidere se si vuole o meno tener conto dell'attrito della bomba con l'aria, infine impostare la velocità dell'aereo mediante il cursore apposito. A questo punto, cliccando sul pulsante START in basso a sinistra nella finestra dell'applet si avvia l'animazione.

Se il sistema di riferimento selezionato è quello solidale al suolo, l'avvio del moto dell'aereo coincide con lo sgancio della bomba; se invece si è scelto il sistema solidale all'aereo, dopo aver cliccato su START, tale pulsante si commuta in FIRE ed è ricliccando su di esso che si avvia il moto della bomba.

In ogni caso, dopo che la bomba è giunta a terra, si attiva il pulsante “ Show path ” mediante il quale si attiva la visualizzazione della traiettoria seguita dall'oggetto in caduta: in tale modalità di visualizzazione è possibile commutare liberamente tra i sistemi di riferimento e attivare o disattivare l'attrito, visualizzando in tempo reale come cambia la traiettoria.

In Fig. 2 sono riportate a titolo di esempio le traiettorie seguite in presenza di attrito con l'aria, rispetto ai due diversi sistemi di riferimento.

Notare in tale figura che il pulsante “ Take Measurements ” risulta abilitato: una volta visualizzata la traiettoria, infatti, è possibile cliccare su di esso per attivare la lettura delle coordinate del puntatore del mouse (Fig. 3). In tal modo è possibile eseguire misure di lunghezze sulla scena dell'applet. E' bene tener presente, al riguardo, che le coordinate del puntatore indicate nel riquadro bianco sono espresse in metri ed assumono come origine l'angolo in basso a sinistra della finestra della scena.

L'applet descritta si propone come strumento per favorire la comprensione del carattere relativo del moto. L'argomento è cruciale per un corretto approccio degli allievi allo studio della meccanica.

L'alto grado di interattività permette di rendere lo studente protagonista attivo del processo di insegnamento/apprendimento.

Lo strumento multimediale proposto può, ovviamente, essere utilizzato come supporto dimostrativo da parte dell'insegnante nell'ambito delle lezioni sui moti relativi. Tuttavia, nello spirito dell' interactive engagement , l'uso ottimale di tale sussidio didattico rende, come già detto, lo studente protagonista, in quanto operatore critico ed attivo.

Fig. 1

Interfaccia grafica dell'applet. I vari comandi non sono tutti attivi all'inizio. In particolare, prima di poter fare qualunque altra cosa occorre impostare il sistema di riferimento e la scelta dell'attrito.

Fig. 2

Traiettoria della bomba nelle medesime condizioni, vista dal sistema di riferimento solidale al suolo (a destra) o all'aereo (a sinistra). Il caso mostrato si riferisce al moto in presenza di attrito con l'aria (infatti la traiettoria rispetto all'aereo non è verticale).

Notare che nella figura è rappresentata la bomba nei diversi punti della traiettoria, mentre l'immagine dell'aereo si riferisce all'istante in cui la bomba stessa viene sganciata. In particolare, quindi, in relazione alla figura in alto si noti che la bomba NON PRECEDE mai l'aereo, al contrario di quanto si potrebbe pensare ad una prima osservazione della figura stessa.

Fig. 3

Finestra dell'applet in modalità “Misurazione”. Notare il rettangolino bianco in cui vengono visualizzate le coordinate del punto individuato con il mouse. Tali coordinate sono espresse in metri e l'origine è nell'angolo in basso a sinistra della finestra della scena.