STORIA DI UN RAGGIO DI LUCE

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1 STORIA DI UN RAGGIO DI LUCE Laboratorio di astronomia solare Referente: Diana Cipressi Il progetto è stato realizzato nella classe 1B della Scuola Secondaria di 1 grado Mezzanotte di Chieti nell anno scolastico Propone di potenziare la diffusione della cultura scientifica, in particolare quella astronomica, di sollecitare la curiosità e l intereresse verso l ambiente e di affrontare i fenomeni naturali in modo attivo. L ambiente di apprendimento è stato progettato in modo da offrire la possibilità di osservare con i propri occhi la realtà, esercitare con le proprie mani le procedure di misurazione, cooperare con i compagni e rappresentare i dati con strumenti matematici e informatici. 1

2 Ecco la classe nel cortile della scuola, ad osservare le proprie ombre: Ci siamo posti alcune domande: Come sono i contorni dell ombra? Come cambia la dimensione dell ombra? In che modo si sposta l ombra? Come si produce l ombra? Ognuno ha dato una sua risposta: - La forma dell ombra e quella dell oggetto si assomigliano. - L ombra è piccola quando allontano l oggetto o la luce. - L ombra si sposta man mano che si sposta l oggetto. - L ombra è prodotta dal Sole, ma non sempre. Le fasi del progetto 1. Raggi di luce; ombra e penombra. Riflettiamo su come si muovono i raggi di sole: la luce attraversa i fori solo se si ha l allineamento dell occhio e della candela con i fori dei paramenti. Quindi la luce si propaga seguendo rette uscenti dalla sorgente. 2

3 Osserviamo l ombra prodotta da un corpo, utilizziamo una torcia e oggetti di varia forma. L ombra è proiettata dalla parte opposta della sorgente di luce. Infatti i raggi, che colpiscono l oggetto, non possono proseguire; l ombra è nitida, se viene proiettata da una sorgente puntiforme. Ombra e penombra 2. Lunghezza e direzione dell ombra. Utilizziamo uno gnomone (di altezza variabile), uno spago, un metro e una bussola. Posizionato lo gnomone su un pavimento perfettamente in piano, misuriamo la lunghezza dell ombra con il metro e valutiamo la direzione con la bussola. Registriamo le osservazioni nell arco di una giornata (dalle 10 alle 16): La lunghezza dell ombra non cambia variando la collocazione dello gnomone ma cambia al variare dell altezza dello gnomone. La lunghezza dell ombra varia nel tempo: diminuisce al mattino, diventa minima a mezzogiorno e aumenta al pomeriggio. La direzione dell ombra varia nel tempo: ovest al mattino, nord a mezzogiorno, est al pomeriggio, quindi l ombra si sposta in senso orario. Misurazioni 3

4 I dati registrati il 28 marzo 2012 (ora legale) sono: Lunghezza dell ombra dello gnomone alto 1 m: ore cm ore cm ore cm Direzione dell ombra: ore Nord-ovest ore Nord ore Nord-est. Rappresentiamo sul quaderno la lunghezza dell ombra (cm) in funzione del tempo (h) in un diagramma cartesiano. Rappresentazioni 3. L angolo tra spago e ombra. Utilizziamo lo gnomone e un goniometro. Leghiamo l inizio dello spago all estremità libera dello gnomone, tiriamo il filo fino all estremità dell ombra prodotta dallo gnomone e misuriamo l angolo formato dalla direzione dell ombra e dello spago. Lo spago ci permette di visualizzare il raggio di sole che produce l ombra. Il raggio di luce forma un angolo con l ombra che esprime una misurazione dell altezza del sole. 4

5 Abbiamo formulato le nostre ipotesi sull orario in cui avverrà la massima altezza del sole: la maggior parte della classe ritiene alle ore 12.00, alcuni alle ore 12.30, uno alle ore Attento a posizionare bene il goniometro! I dati registrati il 28 marzo 2012 (ora legale) sono: ore ore ore ore ore Osserviamo che l ampiezza è massima alle ore 13 (mezzogiorno vero), perché bisogna tener conto dell ora legale. Abbiamo scoperto che: Mezzogiorno vero Istante della massima altezza del Sole (sul meridiano del luogo) Sud Punto del cielo dove si trova il Sole a mezzogiorno Nord Punto dove dirige l ombra al mezzogiorno vero Dalla parte opposta al Sud 5

6 Rappresentiamo le misure degli angoli in funzione del tempo. Costruiamo una curva chiamata parabola. Sintetizziamo le osservazioni con una mappa concettuale. Abbiamo così ripassato insieme e focalizzato meglio la relazione tra le grandezze e le proprietà invarianti. L angolo tra il raggio e l ombra durante una giornata Varia: aumenta al mattino diminuisce al pomeriggio Non dipende dalla lunghezza dello gnomone L ampiezza è massima a mezzogiorno Non dipende dalla collocazione dello gnomone 6

7 4. In classe con Geogebra. Alla LIM abbiamo osservato ed analizzato un modello matematico realizzato con Geogebra che simula il moto diurno del sole sulla volta celeste. Il punto E (sorgente luminosa) si muove su una semicirconferenza di diametro AB e produce l ombra CF dello gnomone CD. Osserviamo che: l ombra ha la direzione opposta alla sorgente luminosa; l ombra ha una lunghezza che varia, diventando nulla quando E, C, D sono allineati; l angolo formato dal raggio EF e dalla retta AB non dipende dalla posizione di CD e neppure dalla sua altezza. La LIM 7

8 5. Il piano didattico Abilità Comprendere il concetto di sistema di riferimento (confrontare lunghezze, distinguere direzione e verso). Riconoscere la natura degli angoli e le relazioni di parallelismo e perpendicolarità. Utilizzare un linguaggio geometrico appropriato. Raccogliere e interpretare dati. Leggere e rappresentare grafici. Stabilire collegamenti tra variazione dell ombra e movimento della sorgente luminosa. Acquisire le nozioni fondamentali per l orientamento. Utilizzare lo gnomone per misurare la lunghezza delle ombre e l altezza del sole. Metodologia Discussione collettiva Metodo esperienziale Metodo induttivo-deduttivo Lavori di gruppo. Strumenti Torcia elettrica; gnomone; metro; goniometro; bussola; mezzi informatici. Spazi Aula scolastica; aula di astronomia; cortile della scuola; aula multimediale. Tempi Gennaio, febbraio, marzo. Valutazione Formativa; sommativa; proattiva. 8

9 Il lavoro è stato premiato al Concorso Anch io Scienziato, indetto dai Laboratori Nazionali del Gran Sasso in collaborazione con l AIF. Alla cerimonia, tenutasi ad Assergi il 27 maggio, hanno partecipato gli alunni, i genitori e la referente del progetto. La classe 1B ha ricevuto come secondo premio un kit scientifico per lo studio dell ottica. Durante la giornata gli alunni hanno visitato l Open day e colto l occasione di sperimentare attività a carattere scientifico. Alunni: Simone Bertolin, Davide Bicocca, Francesca Cappello, Ludovica Colanzi, Giulia D Alessandro, Martina Del Grosso, Claudia Del Prete, Federico D Elia, Giulia Di Pietro, Francesco Di Renzo, Luca Faieta, Laura Gigante, Roberta Medoro, Daniele Morrone, Ciro Piserchia, Simone Rabottini, Alessandro Rella, Leonardo Sablone, Samanta Talamo, Rebecca Torelli, Francesco Trovarello, Xiao Jing Zhang. 9