Fisica e movimento delle imbarcazioni - attività sperimentali (in acqua): Attività sperimentali svolte in barca sull'acqua

Fisica e movimento delle imbarcazioni - attività sperimentali (in acqua)

	Fisica
	Piano di lezione #3

SULLA LEZIONE
Argomento	Fisica e movimento delle imbarcazioni - attività sperimentali (in acqua)
Durata	2 x 1 ora (2 x 45 min)
Conoscenze pregresse presunte	Concetti studiati rispetto al 2nd Principio della Meccanica: velocità, velocità relativa, accelerazione, forza inerziale, impulso meccanico (Lezione n. 1). Sviluppo di capacità di analisi e di problem solving, in relazione a problemi teorici legati al movimento delle imbarcazioni (Lezione n. 2).
Obiettivi della lezione	Apprendimento attraverso l'indagine sperimentale, svolta per determinare varie grandezze fisiche, associate al movimento delle barche costruite dagli studenti, al bordo dell'acqua scelta per gli esperimenti (fiume, lago, mare o piscina)
La grande idea alla base dell'argomento	Sviluppare le capacità di correlare le conoscenze teoriche con i fenomeni osservati durante gli esperimenti. Esempi (vedi link): velocità del flusso fluviale; la velocità relativa di un'imbarcazione rispetto all'acqua; velocità di un'imbarcazione rispetto alla riva; il tempo in cui un'imbarcazione (con il motore acceso/spento) copre una determinata distanza nella direzione del flusso di un fiume o nella direzione opposta; il tempo in cui una barca a motore attraversa un fiume; la velocità massima di una barca a motore; velocità dello scafo.
Risultati della lezione	Sviluppare la capacità di pensiero critico e astratto, con riferimento agli elementi di progettazione fisica e alle applicazioni reali
Competenze	Competenze specifiche: Sviluppo di competenze e abilità per lavorare in modo indipendente e in gruppo. Uso corretto del vocabolario nella descrizione dei fenomeni; Apprendere le capacità di correlare le conoscenze teoriche con i fenomeni osservati nella pratica. Competenze derivate: Definire e fissare i concetti di distanza, velocità, tempo, velocità relativa, temperatura (DC1). Descrizione delle attività sperimentali da svolgere e delle modalità di lavoro (DC2). Spiegazione di come calcolare la velocità del fiume, la velocità relativa della barca rispetto al terreno (DC3). Specificare le principali fonti di errore e le cause del loro verificarsi (DC4).
Metodi	Metodi di insegnamento: Conversazione euristica; Spiegazione; Problematizzazione; Algoritmizzazione Esperimento; Apprendere attraverso la scoperta Forme di attività: Frontale - per l'aggiornamento delle conoscenze; A squadre - 5 gruppi con 4-5 studenti ciascuno
Rilevanza per il curriculum	Sviluppare le capacità di lavoro autonomo e di squadra. Utilizzare correttamente il vocabolario per descrivere la fisica e i fenomeni naturali. Sviluppare le capacità di correlare le conoscenze teoriche con i fenomeni osservati durante gli esperimenti. Descrizione degli strumenti utilizzati e delle fasi di lavoro. Specificare le principali fonti di errore nell'indagine sperimentale e le cause del loro verificarsi. Sviluppare la capacità di pensiero critico e astratto, con riferimento agli elementi di progettazione fisica e alle applicazioni reali. Potrebbe essere correlato a: Chimica e Biologia, Sensori Campionamento Comunicazioni, filtraggio e costruzione di motori Moduli due Unità di Contenuto, nel Curriculum di Fisica del 9° anno (Principi e leggi della Meccanica classica, Teoremi di variazione e Leggi di conservazione della Meccanica); discipline tecnologiche, se disponibili a livello curriculare (per esempio, facendo riferimento al calcolo di varie misure meccaniche).
Coinvolgimento degli stakeholder	Attività scolastiche indipendenti (correlate a quelle di Biologia e Chimica). Eventuale assistenza e/o supporto offerto dalle autorità locali e/o dalle istituzioni locali di gestione delle acque.

ATTREZZATURE E MATERIALI NECESSARI

Per 1 squadra di 5 studenti

Articolo	Quantità	Osservazioni
Computer (nei laboratori scolastici), con accesso a Internet	1-2/squadra (1/studente, se disponibile)	Possono essere utilizzate altre apparecchiature informatiche disponibili (computer portatili, tablet, telefoni cellulari), con accesso a Internet. La lezione è sperimentale, quindi può essere organizzata in due parti: uno sul campo (vicino all'acqua) - raccolta dei dati necessari; in un'aula, in un laboratorio di fisica o in un laboratorio informatico, a seconda delle strutture disponibili - calcolo dei dati richiesti, compilazione di tabelle di dati e relazioni.
Righello e/o roulette per le distanze	1/team
Timer per la registrazione del tempo	1/team
Palline	2-5/squadra
Piatti di legno	2-5/squadra
Stringa, filo di nylon	3-10 m/ squadra
Tabelle dei dati sperimentali	2/squadra
Laboratori di misurazione virtuali (se disponibili)	1/team

Questo è un elenco consigliato:

Osservazioni

In ogni classe/laboratorio saranno disponibili 1-2 lavagne (magnetiche e/o interattive), con gesso o pennarelli per scrivere.
Gli insegnanti offriranno agli studenti il supporto informativo e pratico necessario (fogli di lavoro, presentazioni elettroniche, immagini tematiche online, video e tutorial).

ATTIVITÀ PASSO-PASSO
Fase 1 (2 min)	Momento organizzativo (controllo delle presenze, cattura dell'attenzione, preparazione del materiale didattico, ecc.)
Fase 2 (10 min)	Aggiornare le conoscenze pregresse necessarie per l'insegnamento. Agli studenti vengono poste domande relative a nozioni teoriche, come ad esempio: movimento rettilineo uniforme e movimento rettilineo uniformemente variato; velocità e velocità relativa, distanza, tempo forza di attrito. Presentazione delle competenze derivate perseguite, durante le attività sperimentali (DC1, DC2, DC3, DC4).
Fase 3 (70 min)	Metodo di lavoro La classe viene divisa in 5 gruppi, di cui 4-5 studenti, e ogni gruppo riceve la relazione del lavoro, gli strumenti di misura e la tabella con i dati sperimentali. L'insegnante spiega la tecnica di lavoro e fornisce le necessarie protezioni. L'insegnante presenta le fasi del lavoro, quindi supervisiona e guida l'attività sperimentale, seguendo il metodo di lavoro, incluso nella relazione del lavoro. Gli studenti lavorano in gruppo e completano la tabella dei dati del foglio di lavoro con i valori calcolati. L'insegnante elabora i dati dei gruppi, con l'aiuto degli studenti, e poi confronta i valori ottenuti tra i gruppi. L'insegnante spiega la comparsa delle principali fonti di errore.
Fase 4 (6 min)	Fissazione e consolidamento delle conoscenze acquisite, attraverso le conclusioni finali. Feedback attraverso brevi domande e risposte relative all'attività sperimentale: "Quali sono le principali cause di errori grossolani?". "Cosa ti è piaciuto di più durante la lezione?". "Quale gruppo ha funzionato meglio?". Compilazione di una tabella o di un diagramma K-W-L (Know-Want to know-Learned) (se necessario / applicabile).
Fase 5 (2 min)	Conclusioni: specificare il compito a casa (se necessario / applicabile); apprezzamenti orali e/o scritti (voti) per gli studenti che sono stati molto attivi durante l'attività sperimentale.
Valutazione	Controllo della corrente orale Osservazione sistematica degli studenti
Link utili	Inglese: https://www.epa.ie/our-services/monitoring--assessment/freshwater--marine/rivers/water-level-and-flow/how-we-measure-water-level-and-flow-of-rivers/ Definizione dei termini: Velocità di carena: la velocità alla quale la lunghezza d'onda dell'onda di prua di una nave è uguale alla lunghezza della barca. All'epoca delle navi a vela, la velocità dello scafo era considerata un limite approssimativo della velocità che una nave poteva raggiungere. Sinonimo: velocità di dislocamento (https://en.wiktionary.org/wiki/hull_speed) Lunghezza d'onda: la lunghezza di un singolo ciclo di un'onda, misurata dalla distanza tra un picco o un avvallamento di un'onda e il successivo; in fisica è spesso indicata come λ e corrisponde alla velocità dell'onda divisa per la sua frequenza (https://en.wiktionary.org/wiki/wavelength). Onda di prua: l'onda che si forma a prua di una nave mentre questa si muove nell'acqua e che definisce i limiti esterni della scia della nave (https://en.wiktionary.org/wiki/bow_wave). Wake: la traiettoria lasciata da una nave sulla superficie dell'acqua (https://en.wiktionary.org/wiki/wake) Rumeno: https://youtu.be/mHyETKWaA3o

Relazione del lavoro di laboratorio (per gruppi di 5 studenti)

I. Determinazione della velocità di scorrimento del fiume (acqua) rispetto alla sponda

a) Materiali necessari: relazione del lavoro, tabella dei dati sperimentali, timer, metro, palline, piatti di legno, corde, fili di nylon, barche costruite e attrezzate, computer e altre apparecchiature informatiche, telefoni cellulari, ecc.

b) Principio del metodo

La formula della velocità media è uno dei concetti fondamentali della fisica, utilizzato per calcolare la velocità media di un oggetto in movimento. Si calcola dividendo la distanza percorsa tra due punti per il tempo impiegato per percorrerla.

v =

Δx - distanza percorsa tra due punti AB

Δt - tempo impiegato per percorrere la distanza

La formula della velocità media è estremamente importante in Fisica, perché può essere utilizzata

per determinare la velocità di un oggetto in movimento;
per stimare la velocità con cui un oggetto può essere spostato da un punto all'altro.

c) La procedura sperimentale:

misurare la porzione di fiume per la quale si calcola la velocità di flusso del fiume AB in metri;
Scegliete un oggetto che galleggi sopra l'acqua e che abbia una densità inferiore a quella dell'acqua (legno, palla, materiale plastico) che sia legato a un filo di nylon o a un filo, uno spago;
time il tempo di spostamento dell'oggetto dal punto A al punto B, in secondi;
inserire i dati nella tabella dedicata del seguente modulo;
registrare tre valori per il tempo e calcolare la velocità del flusso del fiume per ogni tempo, quindi calcolare la velocità media;
spiegare il verificarsi di errori di misura.

d) Tabella dei dati sperimentali

Numero del gruppo	d [m]	t [s]	Va [m/s]	Vm [m/s]
Gruppo I
Gruppo II
Gruppo III
Gruppo IV
Gruppo V

Va = =

Vm =

II. Determinazione del tempo in cui l'imbarcazione copre la distanza da A a B con il motore acceso

a) Materiale richiesto: relazione del lavoro, tabella dei dati sperimentali, cronometro, metro, barche costruite e attrezzate, computer e altre attrezzature informatiche, telefoni cellulari, ecc.

b) Principio del metodo

Da A a B (nella direzione del flusso del fiume)

va - la velocità di scorrimento del fiume, l'acqua rispetto alla terra

vb - velocità di movimento dell'imbarcazione con il motore in funzione contro l'acqua

v1 - velocità dell'imbarcazione rispetto al suolo da A a B

t1 - il tempo in cui l'imbarcazione copre la distanza da A a B con il motore acceso

Da B ad A (in direzione opposta al fiume)

V2 - velocità dell'imbarcazione rispetto al suolo da B ad A

t2 - il tempo in cui l'imbarcazione copre la distanza da B ad A con il motore acceso

V2 = vb - va t2 =

misurare la porzione di fiume per la quale si calcola la velocità di flusso del fiume AB in metri;
mettere l'imbarcazione in acqua con il motore acceso e iniziare a muoversi tra i punti A e B
il tempo di percorrenza dell'imbarcazione dal punto A al punto B in secondi;
inserire i dati nella tabella dati del modulo indicato di seguito;
calcolare il tempo con l'aiuto di formule di calcolo teoriche e poi confrontare i risultati con quelli determinati sperimentalmente;
spiegare il verificarsi di errori di misura.

d) Tabella dei dati sperimentali

Gruppo numero	d m[]	Va [m/s]	Vb [m/s]	V1 [m/s]	V2 [m/s]	t1 (1) [s]	t2 (1) [s]	t1 (2) [s]	t2 (2) [s]
Gruppo I
Gruppo II
Gruppo III
Gruppo IV
Gruppo V

(1): t1 e t2 ottenuti dal calcolo sperimentale

(2): t1 e t2 misurati con il cronometro

e) Fonti di errore:

Errori di misura - inevitabili, dovuti all'imperfezione dei sensi e dei dispositivi;
Errori di arrotondamento;
Errori di metodo;
Errori sistematici:

strumenti - dispositivi o strumenti di misura difettosi;
personale - mancanza di capacità sperimentali;
teorica - trascurando le azioni esterne, alcuni fattori fisici, come una fonte di luce inadeguata, ecc.

Errori accidentali: l'imperfezione degli organi di senso dell'osservatore, la sua incapacità, le variazioni che si verificano durante l'esperimento, la posizione dell'osservatore durante le misurazioni.
Errori grossolani:

la disattenzione dell'osservatore;
a causa dell'attrito tra la puleggia e il filo;
a causa dell'attrito non uniforme tra il corpo e il piano inclinato;
notazione errata del risultato;
confusioni;
calcolo matematico errato.

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No. 2023-1-LT01-KA220-SCH-000161306

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Produzione e utilizzo di droni navali

Fisica e movimento delle imbarcazioni - attività sperimentali (in acqua)

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