venerdì 23 dicembre 2011

Doppler in bicicletta

Avere in laboratorio una bicicletta fa venir voglia di sperimentare. Stefano ha condotto un corso per insegnanti in cui ha ampiamente usato una calcolatrice grafica della Casio (la fx CG20), che può essere collegata a un dispositivo di acquisizione dati (EA200) da microfono, sensore di luce, termometro. 

L'idea è stata di provarla per rivelare l'effetto Doppler dovuto alla rotazione della ruota della bici. 

Bici appoggiata capovolta sul pavimento, abbiamo montato sul cerchione un cicalino con una batteria a pastiglia. 


Il cicalino fa un fischio davvero fastidioso, i miei compagni di stanza (che si trova attaccata al laboratorio) hanno chiuso la porta dopo alcuni commenti irripetibili sul nostro lavoro, ma non ci siamo persi d'animo. 

ecco un ingrandimento 

Questo è il grafico dell'intensità delle frequenze nel suono (lo spettro di frequenza) registrato con la ruota ferma, cioè è il suono del cicalino (con frequenza 2745 Hz più il rumore di fondo (il picco a frequenza bassa corrisponde probabilmente al suono delle ventole del riscaldamento della stanza). 

Ruotando la ruota si vede che la frequenza si sposta in più e in meno di un centinaio di herz: ecco la traccia dell'effetto Doppler. 


Con una rotazione più lenta gli spostamenti sono minori. 

Abbiamo anche provato a misurare la frequenza della rotazione della ruota usando il sensore luminoso. 


Messo un elemento riflettore sulla ruota (ehm, una striscia di foglio di alluminio per alimenti) e illuminatolo adeguatamente (lampada IKEA) abbiamo effettivamente ottenuto traccia delle rotazioni. 

E così, ecco Doppler in bicicletta. Forse per non sfigurare rispetto ad Einstein. 


Per un altro scienziato c'è un legame molto più forte, tanto che si festeggia il Bicycle Day. Il 19 aprile 1943 Albert Hofmann sperimentò su di sè gli effetti dell'LSD, che aveva sintetizzato lui stesso: dopo averne assunta una piccola quantità tornò a casa in bicicletta compiendo un vero e proprio doppio viaggio (trip!? - vedi History of lysergic acid diethylamide su wikipedia)  

Per finire ho appena scoperto un lavoro colossale e meritevole di Paolo Gifh: il censimento dei blog scientifici italiani dal suo blog Il chimico impertinente.  

E, per finire davvero, grandi auguri per il nuovo anno.

sabato 17 dicembre 2011

Forme e baricentro

Nella mostra su Archimede c'è l'exhibit del paradosso meccanico, per ricordare che Archimede dei baricentri si è occupato.
Il paradosso meccanico è un classicone, eccolo qui


Il solido a doppio cono è inusuale ma non strano. Ho trovato questo solido che invece ha una forma e un comportamento abbastanza strani: il gomboc. Comunque lo si appoggi al tavolo ruota e si muove e ritorna sempre alla stessa posizione. L'autore lo paragona al guscio delle tartarughe che riesconno a mettersi sulle zampe anche quando si rovesciano sul dorso. 

per saperne di più  http://www.gomboc.eu/ , http://physicsbuzz.physicscentral.com/2009/09/nerd-on-your-gift-list-give-g.html e http://www.ohgizmo.com/?s=gomboc

Dopo la prova con i liquidi viscosi avevo lasciato tutto sul tavolo, ripromettendomi di sistemare più tardi :-) Settimana scorsa avevo visto che il colorante si era distribuito uniformemente nello shampoo e nel detersivo liquido. Questa settimana ho ritrovato i piatti, i liquidi si erano quasi completamente asciugati e il colorante ha formato dei grumi di colore, più evidenti nel piatto del detersivo liquido. Non ho idea del perchè sia accaduto. 



Stefano ha provato con sua figlia il diavoletto di Cartesio realizzato con la bustina di ketchup ma la bustina è andata a fondo subito, con la bottiglietta ancora aperta. Le bustine che ho provato io, del McDonald, andavano invece bene, cioè galleggiavano. Forse Stefano usa una marca migliore, che fa un ketchup più denso e saporito, comunque non si è lasciato scoraggiare. Ha aggiunto sale all'acqua della bottiglietta, e allora sì che tutto ha funzionato. 

Non c'entra niente, ma questo video sui bradipi me li ha fatti amare alla follia, un vero elogio della lentezza.


Festività di fine anno in arrivo! E possibili regali di libri. Date un'occhiata all'elenco di libri interessanti di argomento scientifico per adulti e per bambini proposto da Cristina Sperlari nel suo blog Il piccolo Friedrich 

venerdì 9 dicembre 2011

Volare roteando

Durante un incontro del corso su Leonardo da Vinci Eleonora parlava dei suoi studi sul volo e ha proposto agli insegnanti di realizzare un elicottero di carta, che richiama un po' un gioco che già esisteva all'epoca di Leonardo. 
Ci sono due modi leggermente diversi per realizzarlo. In uno si usa solo una striscia di carta  (qui si trovano anche le istruzioni per costruire un aereo che percorre un loop), nell'altro il disegno di base rimane lo stesso ma si usa una graffetta per appesantirlo.
Questi elicotteri sono piccoli e divertenti e ci si può giocare scientificamente: per esempio si possono tenere lunghe le "pale" e poi accorciarle progressivamente a sforbiciate per vedere quando "volano" meglio. C'è poi il divertimento di farne volare tanti insieme, magari avendoli colorati e decorati! 
Non ho trovato un buon modo per lanciarli: mi limito ad alzare il più possibile la mano che ne tiene uno e lasciarlo andare. Nel disegno che accompagna le istruzioni dell'Exploratorium sembra che venga lanciato dalla parte della graffetta ma non mi è riuscito un granchè.

Mentre girellavo sul web alla caccia di modelli diversi ho trovato uno strano velivolo che non avevo mai visto: il tumblewing. 

Realizzarlo è facile. Si usa un foglio dell'elenco del telefono. Istruzioni scritte si trovano qui

Ecco un modello leggermente diverso, ma funzionano entrambi.


Bisogna prenderci la mano: ho faticato un po' nella partenza 
ho chiesto aiuto a uno dei miei gatti, il più riflessivo

Ci sono altri velivoli che funzionano nello stesso modo ma non roteano, e sono emozionanti. 

In questo sito si trovano molte informazioni, compresa una storia di questo tipo di velivoli. 
Ed ecco un ultimo riferimento.  

Ricordo a tutti che se lasciate commenti a post vecchi io li vedo perchè il sistema mi avvisa sempre quando c'è un commento nuovo. 

venerdì 2 dicembre 2011

Che cosa vuol dire infinito, in pratica

Lavorando sulla mostra dedicata ad Archimede Luca mi ha indicato un sito sorprendente: pi greco, the search engine.  
Scrivete nella casella una sequenza di cifre, il software la cerca in 2 miliardi di cifre decimali di pi greco e vi dice in quale posizione si trova. Naturalmente tutti provano con la data di nascita e così si fanno delle classifiche sull'ordine dii comparsa (la mia data di nascita inizia al 11,581,363-mo decimale). 

Pasticciando in questo modo mi è apparso improvvisamente molto più chiaro che cosa significa infinito: qualunque sequenza di cifre, di qualunque lunghezza, si trova da qualche parte nei decimali di pi greco. Per esempio, traduciamo in cifre l'elenco del telefono o I promessi sposi o l'Enciclopedia britannica, mettiamo tutti i numeri in fila realizzando una lunga sequenza, beh, da qualche parte nei decimali di pi greco si trova proprio quella sequenza di cifre. E non solo l'elenco telefonico di Milano, ma anche quello di New York, di Pechino, e di tutte le altre città, messi gli uni dopo gli altri in un qualunque ordine. Provo un lieve senso di vertigine. 

La cosa vale per tutti i numeri irrazionali: la pagina web permette di cercare anche nei decimali di "e" e della radice quadrata di 2. 
La ricerca del valore di pi greco è ben raccontata nel quarto capitolo del libro di Alex Bellos, Il meraviglioso mondo dei numeri, Einaudi. 

giovedì 24 novembre 2011

Diavoletti di zolfo

Si è aperta la mostra su Archimede. Uno degli exhibit propone in grande il diavoletto di Cartesio, per richiamare gli studi sul galleggiamento. 
Conoscevo già la realizzazione del diavoletto con una bustina di ketchup


(si può usare anche una bottiglietta piccola) ma Marco mi ha indicato un filmato in cui vengono usate le capocchie di zolfo dei fiammiferi, molto più adatte a un diavoletto.



Funziona bene. Riempite la bottiglia proprio fino all'orlo, e state attenti che inevitabilmente un po' di acqua esce quando premete. 

domenica 20 novembre 2011

Colore rallentato

Sollecitato dall'attività sugli addensanti ho riprovato un'attività di qualche tempo fa.
Ho versato in un piatto fondo usa e getta un po' di shampoo, 1 cm circa di profondità, ho appoggiato il piatto sull'acqua contenuta in un secondo piatto così da eliminare un po' di attrito, ho preso con una siringa senza ago del colorante alimentare e ho tracciato una riga sulla superficie dello shampoo. A questo punto ho fatto ruotare il piatto su se stesso, non molto veloce. Ecco quel che è accaduto:


il colore è scivolato verso il bordo del piatto e si è distribuito tra lo shampoo e il piatto. 
Però non è così che mi ricordavo il risultato dell'attività! Versando lo shampoo mi sono accorto che era molto più viscoso di quanto mi ricordassi. In effetti è in laboratorio da mesi ed è diventato più simile a un gel "fluido". 
Allora ho usato un detersivo liquido per panni: anch'esso è lì da mesi ma sembra rimasto della stessa viscosità di quando lo usai tempo fa. Il risultato è questo:


Ho provato a invertire il senso di rotazione e la linea si è allargata.

Questo è quel che mi ricordavo, ma si è verificato un fatto nuovo. Il confine fra colorante e detersivo si è frastagliato in tante "dita", simili a quelle che si formano nell'attività "Strani fiori sbocciano nel fluido". 




Nello shampoo non è successo.


Quel che accade nella rotazione di un liquido viscoso si può vedere qui


Usano come liquido il corn syrup, una melassa difficile da trovare qui da noi mentre negli Stati Uniti è diffusissima.

Una prova ancor più sorprendente, ma realizzata con una apparecchiatura più impegnativa da realizzare, è questa.


venerdì 11 novembre 2011

Addensanti e gel in cucina e altrove

Lunedì scorso un laboratorio aperto agli insegnanti è stato dedicato al ruolo degli additivi negli alimenti, in particolare agli addensanti, che sono sostanze molto utilizzate nell'industria alimentare e nella preparazione dei cosmetici. E' poi interessante usare gli addensanti per ottenere liquidi viscosi, quasi sempre non-newtoniani, ma questo sarà argomento del prossimo post. 
Per iniziare, Valeria e Luca hanno proposto di realizzare il gelo di limone, liberamente ispirato al gelo di mellone che è un dolce siciliano buonissimo (il mellone è il cocomero). Nella preparazione tradizionale si usa l'amido (fecola di patate o amido di mais) ma si possono provare altri addensanti: agar agar o CMC (CarbossiMetilCellulosa). 

Gel TuttiGusti della cucina scientifica di Moebius
La versione da cuoco è qui.

Valeria ha dato la seguente ricetta: 
90 ml di acqua
10 ml di succo di limone
7 g di addensante, scelto fra: frumina, amido di mais, agar agar, CMC 
Versa l'acqua e il succo di limone in un pentolino
Unisci l'addensante e mescola 
Porta la miscela a ebollizione e fai bollire per 3-4 minuti
Versa il preparato in stampi di silicone
Metti in frigorifero a raffreddare 

e ha chiesto:
Prova a variare qualcosa
Quale addensante ha agito più velocemente?
Quale non funziona? Perchè?
Cosa accade se si varia la temperatura?
La concentrazione dell'addensante ha effetti sulla sua capacità di addensare?
Quali caratteristiche fisiche ha ciascun dolce? p.es. galleggia oppure no? 

Il gelo di mellone è trattato estesamente da Dario Bressanini

Un altro addensante è la pectina, che si trova sotto la buccia della frutta, e funge da gelificante nell'industria alimentare (es. preparazione di marmellata). Anche dentro di noi ci sono addensanti, per esempio il catarro: dal punto di vista chimico, è formato di macromolecole costituite da un'asse centrale proteico a cui sono legate numerose catene laterali di polisaccaridi. 

venerdì 4 novembre 2011

E se la ruota non fosse rotonda?

Avviso ai naviganti: il Carnevale della Fisica #24 è sul blog di Cristina Sperlari "Il piccolo Friedrich". E' impostato in modo particolare: "Ho scelto di farmi aiutare proprio dai bambini per spiegare che cosa significa "Sperimentare", chiedendo loro di "regalarmi" dei disegni o delle frasi tramite i quali potessero raccontarmi la loro idea riguardo questo argomento ed esprimere liberamente i loro ragionamenti sul tema. I disegni e le frasi dei miei piccoli aiutanti, quindi, saranno il filo conduttore di questo Carnevale, all'insegna della sperimentazione!"  

Nei due post precedenti abbiamo lavorato sulla rotazione delle ruote e su un effetto stroboscopico. Le prove fatte richiedono che la ruota sia rotonda: beh, che razza di precisazione è, certo che le ruote della bicicletta sono rotonde. O no? 


Altri riferimenti sono in "A new bicycle reinvents the wheel, with a pentagon and triangle" (vedi foto). 
La ruota a tre lati è un triangolo di Reuleaux, il cui perimetro è una curva di larghezza costante (vedi su wikipedia italiana  e su wikipedia inglese). 
Esistono anche solidi che hanno la stessa proprietà: Solids of Constant Width.  

Io conoscevo il classico exhibit sulle ruote quadrate, descritto nella scheda dell'Exploratorium di San Francisco "Square wheels". Le ruote quadrate hanno dato il titolo a una bella mostra interattiva itinerante ideata e realizzata da Pietro Cerreta e Canio Lelio Toglia dell'associazione Scienza Viva, di Calitri. 

Un'altra pagina ben fatta, con immagini e filmati, è Riding on Square Wheels di Ivars Peterson, che ha costruito un triciclo con ruote quadrate.
Le ruote quadrate sono le protagoniste del racconto "A ruote libere" di Benoit Rittaud, in L'assassino degli scacchi e altri misteri matematici, Barbera editore.

Se un veicolo con ruote quadrate si muove su un piano la sua andatura sarà piuttosto sballonzolante  ma proprio questo lo fa avanzare (qui c'è una breve descrizione, in inglese) 


giovedì 27 ottobre 2011

Effetto stroboscopico 2 (il ritorno)

Il post è stato aggiornato dopo la pubblicazione

Nel post precedente mi lagnavo di non avere uno strumento per misurare la frequenza di rotazione della ruota della bicicletta, per capire quando avveniva l'effetto strobo di ruota ferma sotto la luce impulsata della lampada al neon. In realtà lo strumento ce l'ho: è il tachimetro montato sulla bici. 

Prima operazione: installarlo sulla ruota posteriore, eh già, quella che gira.

Seconda operazione: imbrogliarlo perchè indichi la frequenza pensando di indicare una velocità. Per questo bisogna impostare la lunghezza della circonferenza della ruota in modo che 1 giro al secondo faccia apparire sul display l'indicazione 1 (km/h): la lunghezza deve essere 278 mm. 

Avevo già fatto qualche calcolo, quando ancora non avevo il mio potente strumento a disposizione.
Nella nostra prova le strisce di carta sono distanti circa 7 cm l'una dall'altra e la lampada lampeggia 50 volte al secondo (no, abbiamo misurato che lampeggia 100 volte al secondo: il ragionamento non cambia ma i numeri sì, vedi Oops, la ruota strobo rivista e corretta). Quando la ruota appare ferma una striscia va al posto dell'altra in 1/50 sec, quindi si muove con una velocità di (0,07 / 1/50) m/s: 3.5 m/s. La circonferenza della ruota è circa 2 m, quindi a quella velocità fa circa 1,75 giri al secondo. Usando il mio tachi/frequenzimetro ho trovato che effettivamente l'effetto strobo si vede all'incirca a quella frequenza, e poi a frequenza doppia e poi tripla. 
Sì, sembra strano anche a me che la faccenda funzioni, un po' come se Wile Coyote utilizzasse con successo uno dei prodotti ACME (vedi The ORIGINAL Illustrated Catalog Of ACME Products).


Salendo sulla salita in cui ho notato l'effetto uso un rapporto corto: la corona più piccola, da 24 denti, e il pignone da 22 denti. Facendo un po' di calcoli per la mia bicicletta e la distanza dei tasselli dei copertoni ho ricavato che l'effetto avviene per una frequenza di pedalata di circa 0,5 Hz, cioè 30 pedalate al minuto. 

La frequenza di pedalata normale per noi comuni mortali, non per i ciclisti professionisti, va da 60 a 80 pedalate al minuto, quindi da 1 a 1,3 Hz (mi pare di aver capito che è anche quella più efficiente).  I vari rapporti del cambio della bicicletta sono concepiti in modo che la frequenza di pedalata rimanga abbastanza costante nelle varie condizioni della strada e dell'ambiente ma in salita-salita la mia frequenza di pedalata si abbassa davvero tanto!   

venerdì 21 ottobre 2011

Andare in salita con la ruota che sembra ferma

Il post è stato modificato dopo la pubblicazione

Uso la bicicletta per andare dalla stazione a casa e dato che abito in collina mi tocca affrontare una serie di salitelle. L'ultima è abbastanza impegnativa, metto un rapporto corto e salgo lentamente. Un paio di giorni fa ho fatto un po' più tardi del solito e sono salito che era già buio. Affronto l'ultima salita e non è che guardi il paesaggio, fisso la strada davanti a me, e vedo la ruota anteriore: a un certo punto distinguo abbastanza chiaramente i tasselli del copertone, che è da mountain bike, come se la ruota fosse ferma. Uhm, ferma?! mumble mumble. Mi ricorda i piatti dei giradischi (do you remember giradischi?): sul bordo c'era una specie di scacchiera che veniva illuminata da una lucina lampeggiante e che faceva da riferimento per regolare con precisione la velocità di rotazione del piatto. 

C'è in ballo un effetto stroboscopico. La lucina lampeggiante del giradischi è stata sostituita dai lampioni stradali che evidentemente emettono luce impulsata, penso con la frequenza di 50 Hz della rete elettrica (mi sono accorto che il lampeggiare della luce è a 100 Hz, vedi il post Oops, la ruota strobo rivista e corretta). Lampi a 50 Hz non vengono percepiti come distinti dal sistema occhio-cervello, che percepisce un'illusione di continuità anche con i 25 fotogrammi al secondo delle riprese cinematografiche (e anche con i 18 fotogrammi al secondo delle riprese con il vecchio super 8). 
La ruota gira con una sua frequenza, la luce del lampione ha la sua. Quando le due frequenze sono uguali un lampo illumina un tassello nella posizione 1 e il successivo, lungo il copertone, nella posizione 2 e quello dopo nella posizione 3 - prima che scocchi il successivo lampo di luce, quindi la ruota non è illuminata e non vedo nulla, il tassello che era nella posizione 1 passa nella posizione 2 e quello che era al 2 passa al 3 e un nuovo tassello va alla 1 - dato che i tasselli sono uguali fra loro, il successivo lampo di luce mi mostra una situazione identica alla precedente e sembra che non ci sia stato movimento.   

Ho fatto qualche prova, insieme a Stefano e Francesco. Ho capovolto una bicicletta appoggiando sul pavimento il manubrio e il sellino, in una stanza illuminata solo da un paio di lampade al neon (le finestre sono chiuse e completamente oscurate). Ho messo un rapporto corto e girando i pedali ho visto lo stesso effetto stroboscopico. Allora ho incollato sul copertone striscie di nastro adesivo di carta a distanza regolare e maggiore della distanza fra i singoli tasselli e di nuovo ho girato i pedali. L'effetto strobo (di ruota ferma) c'è ancora, ma a frequenza superiore. Allora ho messo un rapporto più lungo: girando molto velocemente ho trovato l'effetto strobo, ho smesso di "pedalare" lasciando che la ruota rallentasse per conto suo. L'effetto è scomparso, per riapparire dopo un po', a frequenza minore, poi è di nuovo scomparso ed è riapparso ancora. Senza un misuratore di frequenza non so dire quali fossero le frequenze di pedalata, ma mi aspetto che siano multipli interi della frequenza base di 50 Hz. 


Ho fatto una prova anche con una lampada stroboscopica, di quelle che si usano per le feste e costano poco (non quelle da laboratorio). La frequenza della lampada si può regolare ma rimane comunque inferiore ai 50 Hz. L'effetto striscie ferme si vede, è netto, ma in qualche senso mi piace di più quello più "sporco" che si vede con la lampada al neon. 

Annotazioni pratiche. Nella stanza buia in cui abbiamo svolto le prove ci sono due lampade al neon, sul soffitto e vicine l'una all'altra. L'effetto si vede anche con entrambe accese, ma poi abbiamo spento una delle due pensando che se sono leggermente sfasate l'effetto è meno evidente. Non so dire se sia così, dobbiamo fare qualche prova più sistematica. 
La bicicletta ha un tachimetro: un magnete è montato su un raggio della ruota e una bobina fissata alla forcella invia impulsi elettrici alla centralina ad ogni passaggio del magnete. Quando si prepara il tachimetro bisogna digitare la circonferenza della ruota, così la centralina passa dalla frequenza alla velocità. Comunque non ci è stato utile perchè è montato sulla ruota anteriore, che ovviamente rimane ferma durante le nostre prove :-) Lo devo installare sulla ruota posteriore così potrò ricavare dalla velocità la frequenza di pedalata (peccato che non ci sia la possibilità di leggere direttamente la frequenza). 
Ho messo sulla ruota 28 strisce di nastro di carta, e la ruota ha 36 raggi. Dopo aver fatto girare velocemente la ruota e lasciandola rallentare si vedono due effetti strobo, uno per le strisce di carta e uno, a frequenza diversa, per i raggi. 
Mentre effettuavamo le riprese video ci siamo accorti che a volte vedevamo sul display un movimento un po' diverso da quello che vedevamo direttamente. E' che anche il display mostra le immagini con una certa frequenza e questo può generare a sua volta un effetto strobo quando si sovrappone a un fenomeno a sua volta periodico. Il mondo attorno a noi è pieno di ritmi, spesso interconnessi! 

L'effetto stroboscopico viene usato per costruire un tipo di zootropio o zoetropio: qui  c'è la voce di wikipedia italiana e qui quella inglese. Qui sotto c'è un esempio di zootropio che usa proprio un piatto di giradischi, e si vede la "scacchiera" utilizzata per la regolazione fine dei 33 e dei 45 giri al minuto. 


Due zootropi molto grandi: Sisyphish  azionato a pedali e Deeper , entrambi in azione durante un Burning man event  nel deserto del Nevada (ecco il sito per il 2011, si è già svolto). Ed ecco un esempio particolarmente divertente.  

venerdì 14 ottobre 2011

Effetto domino senza domino


Per caso ho trovato questo video  che mi ha rivelato l'esistenza dello stick bomb (ecco un altro esempio interessante http://youtu.be/zUFsPqiJttk). Per saperne di più ho trovato un ottimo tutorial: http://youtu.be/0lTmFXOkcOc - qui viene sconsigliato l'uso dei bastoncini del gelato a favore degli abbassalingua dei medici (li ho ordinati nella farmacia di fronte al museo, ci sono quelli non sterili a 6 centesimi l'uno - sì, erano un po' stupiti che ordinassi 200 abbassalingua così ho spiegato il loro uso ed erano piuttosto divertiti): sono più lunghi, leggermente meno spessi e più flessibili quindi è più facile maneggiarli e costruire la struttura. C'è un sito completamente dedicato alla (allo?) stick bomb  e, naturalmente, la voce Stick bomb su wikipedia.
Lo (la?) stick bomb mi sembra più praticabile delle reazioni a catena che usano le tessere del domino (p.es. http://youtu.be/qSn7JOYc6xc), soprattutto perchè richiede meno attenzione rispetto al disporre le tessere e poi perchè quando hai finito un pezzo puoi bloccare il tutto per prolungarlo in un altro momento, senza aver paura che una corrente d'aria, una porta sbattuta o chissà che altro faccia partire la caduta (so che si mettono ogni tanto dei fermi per evitare un disastro globale, ma non possono essere troppo ravvicinati)(per esperienza personale, bisogna comunque evitare che una vivace gattina interagisca con la struttura...). E' possibile anche che più persone costruiscano ciascuna un pezzo di struttura e poi si mette tutto insieme, così da ottenere una lunghezza considerevole senza eccessiva fatica.  

Mi piace per molti motivi:
permette un bel ragionamento sulle forze elastiche: quanto flette il bastoncino, come flette a seconda di dove si mette il bastoncino precedente, quanto salta in alto quando lo si lascia andare
è una struttura che si autosostiene ma è in una fase poco stabile e basta una piccola perturbazione (togliere un solo bastoncino) per scatenare un evento molto più grande (la goccia che fa traboccare il vaso)
è immediato anche il ragionamento sull'energia: l'abbiamo congelata nella struttura flettendo e bloccando i bastoncini e la riotteniamo (sì, va beh, non tutta) quando la reazione si scatena 
mi ha ricordato il ponte che facciamo realizzare in museo nel laboratorio di Leonardo: anche questo ponte è una struttura che si autosostiene e basta togliere una sola bacchetta per farlo crollare. 



Si può poi usare stick bomb e altre azioni per realizzare una macchina  tipo quelle di Rube Goldberg (una macchina di Rube Goldberg è un dispositivo estremamente complicato che svolge un compito molto semplice nel modo più complesso e indiretto e divertente, vedi la voce su wikipedia): esempi di belle macchine di Rube Goldberg: http://www.flixxy.com/best-rube-goldberg-machine.htm e, esagerata, http://www.wired.com/gadgetlab/2010/03/ok-go-rube-goldberg/ (qui compare la pop band OK Go che ha realizzato altri video stupendi per esempio questo con più tapis roulant http://www.youtube.com/watch?v=dTAAsCNK7RA

Nota: ricordo che potete lasciare un commento anche a un post vecchio, il sistema mi avvisa comunque 

venerdì 7 ottobre 2011

Elettricità

Durante l'open day del museo, il 24 settembre, abbiamo proposto anche un laboratorio intitolato "Elettricità fai da te", che si basa su una attività che abbiamo svolto in alcune classi presso le rispettive scuole, come completamento di un corso per insegnanti, arricchita dalle idee di una delle attività dell'Exploratorium di San Francisco: The Tinkering Studio 



Nell'attività che svolgiamo nelle classi usiamo dei generatori elettrici manuali: sono delle torce elettriche che si possono caricare con una dinamo azionata da una manovella. Sono interessanti perchè hanno una presa per la carica dei cellulari, ed è una presa USB, quindi uno standard diffusissimo. 

La presa USB ha quattro fili: i due più esterni servono per l'alimentazione elettrica (sono uno rosso (alla polarità positiva) e uno nero (polarità negativa, secondo le regole standard)) mentre i due più interni sono per la trasmissione dei dati. Ci sono molti accessori, alcuni decisamente demenziali, da attaccare alla presa USB di un computer: dal ventilatore alla luce. Il computer fornisce 5V: quando gli attacchiamo uno degli accessori lo usiamo semplicemente come una grossa batteria ricaricabile.

Noi distribuiamo le torce/generatori, una presa multipla USB che viene collegata al generatore e quattro dispositivi che funzionano a corrente, scelti fra gli accessori per computer con spina USB: due luci a LED, un ventilatore, un aspirapolvere (dovrebbe servire a pulire la tastiera, mah...). Invitiamo i partecipanti a inserire gli apparati uno per volta nella presa multipla mentre una persona sta girando la manovella del generatore: chi gira la manovella sente chiaramente che man mano che si aggiungono utilizzatori bisogna girare con forza maggiore, e che alcuni utilizzatoti richiedono più forza degli altri (i motori sono più faticosi delle luci). 

In "Elettricità fai da te" abbiamo allargato il campo di esplorazione, chiedendo di  collegare fra loro un generatore (mettevamo a disposizione anche batterie piatte da 4,5V) e utilizzatori vari, in modo che funzionassero. Abbiamo aggiunto agli accessori per computer alcuni motorini elettrici recuperati da giochi, LED (ricordate: il filo più lungo va al +), cicalini, lampadine, lucine da albero di Natale. Per i collegamenti c'erano cavetti con morsetti a coccodrillo, cavetti con spina USB da una parte e morsetti a coccodrillo dall'altra, cavetti USB di prolunga, cavo elettrico. Volendo esagerare, c'erano anche interruttori telegrafici e da impianto elettrico casalingo o quasi (tutto il lavoro di preparazione dei cavetti e delle lucine di Natale, con centinaia di saldature, è stato generosamente affidato a Francesco, che ha anche recuperato motorini ecc, e ha condotto per ore l'attività).

Il tutto funziona e interessa i visitatori, quindi ci dobbiamo lavorare per renderlo una attività standard del museo: in particolare dobbiamo semplificare i cavetti di collegamento e preparare qualche supporto comodo per gli utilizzatori. 

Francesco progetta e realizza qualunque cosa gli si chieda. Serve un braccio che massaggi automaticamente la testa? che problema c'è - serve un letto che ti costringa ad alzarti dopo il suono della sveglia? eccolo qui  
Francesco ha realizzato dispositivi che si infilano nella presa USB del computer usando sia una basetta per i circuiti elettronici sia, molto più interessante, un pezzetto di polionda (il polionda è un foglio di plastica con due superfici unite fra loro da una serie di canali, e appare simile ai cartoni per pizza, che hanno l'ondulato fra le superfici) 







alle insegnanti di scuola primaria segnalo il ricco blog di Cristina Sperlari "il piccolo Friedrich"  

mercoledì 28 settembre 2011

Attività matematiche

Stefano e io abbiamo riepilogato le attività riguardanti la matematica che svolgiamo o abbiamo svolto nei laboratori o nei corsi. In che senso "riguardano la matematica"? Nel senso che comportano una astrazione che richiede l'uso di uno schema o di un grafico o di simboli: insomma, è una definizione un po' vaga, ma ci basta. 

Stefano cura il laboratorio di robotica. Una attività utile per i visitatori è analizzare una azione e descriverla con un algoritmo, magari in forma di flow chart, in modo da poter programmare un robot (tipicamente il Lego Mindstorm). Ma si  è interessato anche di comportamenti emergenti: 
"Un comportamento emergente o proprietà emergente può comparire quando un numero di entità semplici (agenti) operano in un ambiente, dando origine a comportamenti più complessi in quanto collettività. La proprietà stessa non è predicibile e non ha precedenti, e rappresenta un nuovo livello di evoluzione del sistema. I comportamenti complessi non sono proprietà delle singole entità e non possono essere facilmente riconosciuti o dedotti dal comportamento di entità del livello più basso. La forma e il comportamento di uno stormo di uccelli o di un branco di pesci sono buoni esempi."
Una azione definita da regole molto semplici può generare una situazione complessa o che sembra essere stata programmata in anticipo: per far provare direttamente che cosa vuol dire, Stefano ha messo a punto il gioco delle termiti  . Rientra nella famiglia degli automi cellulari, che possono essere esplorati nel sito di Umberto Cerruti Math News (è in italiano)  nel Laboratorio di vita artificiale ZAC 

E' un comportamento emergente anche il lampeggiare sincronizzato di una varietà di lucciole, alcune delle quali vivono negli Appalachi, una catena montuosa fra Stati Uniti e Canada: ecco un video . Ian Stewart indica un gioco che può far capire quel che succede in "Lucciole impazzite", un capitolo di "Come tagliare una torta", Einaudi, p.144: il gioco è chiamato Flash (qui una breve descrizione

Io invece ho preparato attività in cui bisogna descrivere una azione con uno schema o un grafico: per esempio,  descrivere un ritmo in modo che qualcun altro possa riprodurlo 

Adesso dobbiamo pensare nuove attività. Vi terremo informati. 

lunedì 26 settembre 2011

un bell'equilibrio statico che non fa rimpiangere la bicicletta

Durante il corso "Volevi la bicicletta" abbiamo dedicato tempo a uno degli aspetti chiave dell'andare in bici: l'equilibrio (http://www.museoscienza.it/corsi_miotto/bicicletta/in_equilib.htm). 
E' un equilibrio dinamico, e l'equilibrio dinamico è parecchio interessante, anche perchè per stare in bici viene attivata una complessa retroazione negativa per compensare continuamente una caduta continua (nei termostati: se la temperatura sale oltre un certo valore il riscaldamento si interrompe per riavviarsi quando scende oltre un certo valore (bisognerebbe esporre il principio anche alle Ferrovie dello Stato che potrebbero applicarlo per la gioia di noi pendolari costretti in vetture fredde fredde o calde calde)). 

Capita di affermare che l'equilibrio statico è poco interessante, alla fin fine visto uno visti tutti, ma non sempre è così: l'equilibrio statico può provocare emozioni, anche intense: vedi la performance di M�dir Eugster, di Rigolo (il Swiss Nouveau Cirque) in http://www.wimp.com/balancingart/

L'analisi della fisica sottostante è svolta da Jearl Walker in http://www.flyingcircusofphysics.com/News/NewsDetail.aspx?NewsID=47 (è l'ultima news: 1.238 Stacking of rods to produce a large overhang) 

La classica ma sempre sorprendente esperienza della pila di blocchi aggettanti http://www.exploratorium.edu/snacks/take_it_from_the_top/ 

Un paio di esempi di opere artistiche basate sull'equilibrio: 

i Mobiles di Calder, http://www.museoscienza.it/corsi_miotto/equilibrio/mobiles.htm (una attività svolta con alcuni insegnanti qualche anno fa)

le sculture di pietre in equilibrio
http://youtu.be/SUl1lfbWV-8
http://youtu.be/VMY56_Kaabo

c'è anche una voce di wikipedia Rock balancing http://en.wikipedia.org/wiki/Rock_balancing 
e Pietre in equilibrio http://it.wikipedia.org/wiki/Pietre_in_equilibrio 

e giocando con il tempo http://www.youtube.com/watch?v=9ci-BecLfJI&feature=related 

Non solo le pietre stanno in equilibrio: http://youtu.be/Fb0OMqyUJ68 

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per finire, non c'entra nulla con il nostro argomento ma è troppo bella, una aurora polare vista dallo spazio
http://spaceweather.com/swpod2011/22sep11/media.mp4