Inquadramento disciplinare e didattico

Molti risultati di ricerche nel campo delle rappresentazioni mentali posseduti dagli studenti della scuola secondaria hanno messo in evidenza alcune delle difficoltà connesse alla comprensione del concetto fisico di forza [IT] [ES] [ENG] [FR].

E' stato rilevato che gli studenti possiedono due diversi concetti di forza:

-    il primo è connesso al movimento di un corpo e considera la forza come una sorta di proprietà intrinseca del corpo che tiene il corpo in movimento e che è stata comunicata al corpo dall'agente che lo ha messo in moto;
-    il secondo, chiamato il concetto di "forza attiva", è attribuita solo a certi oggetti attivi (es. "gli esseri viventi") ed agisce solo attraverso il contatto diretto. Il suo effetto è quello di mettere in moto i corpi.

In ambedue i casi la forza è fondamentalmente concepita come una proprietà del corpo (proprietà che il corpo ha avuto trasferita da qualcuno o che il corpo è capace di trasferire).

L' approccio didattico suggerito in questo percorso cerca di andare al cuore di questi problemi fin dalla introduzione del concetto di forza focalizzando due aspetti fondamentali per la sua comprensione:
-    nella realtà non esistono forze, esistono solo corpi che interagiscono ed il vettore forza è la rappresentazione fisica (il modello) della interazione;
-    le forze non esistono isolatamente ma a coppie perché sono almeno due i corpi che interagiscono.

Definizione del concetto di forza

Di solito i libri di testo introducono il concetto di forza in uno dei modi seguenti:

1. La forza è la causa della deformazione di un corpo
2. La forza è la causa del cambiamento della velocità di un corpo
3. La forza è la causa di entrambi gli effetti sopra esposti.

Le tre frasi legano la grandezza fisica "forza" a ciò che la forza fa e non rispondono alla domanda su che cosa la forza è.

Nei diversi contesti scolastici può essere più opportuno adottare una o l'altra affermazione, ma un esame attento mostra che solo l'affermazione 2 è conforme alle leggi della dinamica, e che l'affermazione 1 diventa insufficiente appena s'inizia il capitolo sulla dinamica. Infatti le forze, nel quadro teorico newtoniano, hanno il preciso ruolo di rappresentare le azioni del resto del mondo sul sistema di cui si vuol studiare il moto.

Come inserire allora le deformazioni nel quadro più generale? Di fatto le deformazioni sono sempre accompagnate da movimento (cambiano le distanze intermolecolari all'interno del corpo deformato) perciò la forza che produce la deformazione di un corpo in realtà fa cambiare la velocità delle sue molecole. La deformazione si arresta quando, per effetto della mutata distanza intermolecolare, le interazioni tra le molecole del corpo producono una forza risultante opposta a quella agente dall'esterno per cui la forza risultante che agisce su ogni porzione del corpo deformato si annulla. Questa forza è macroscopicamente schematizzata dalla forza elastica, a cui normalmente ci si riferisce.

Applicabilità della definizione

Per poter compiutamente utilizzare il concetto di forza dobbiamo sapere:

-    quando è applicabile,
-    che cosa succede quando è applicabile.

Esaminando le frasi 1, 2 e 3 vediamo che esse si limitano a descrivere ciò che succede dopo che la forza si è manifestata ma non danno alcuna indicazione che permetta di prevedere se e quando una forza si manifesterà. In altre parole, non accennano alle possibili origini delle forze e quindi ci lasciano scoperti sul fronte dell'applicabilità concreta del concetto.

Questa è una lacuna grave perché gli alunni restano privi degli strumenti indispensabili per poter individuare autonomamente le forze agenti sul corpo di cui interessa studiare il moto e capire situazioni diverse da quelle standard e di solito molto semplificate presentate dai libri di testo.

A questo scopo è indispensabile, fin dall'inizio, introdurre il concetto che ogni forza è il risultato di un'interazione.

Passiamo ora a descrivere le fasi di lavoro che conducono alla formulazione del Principio di azione-reazione.

   1/39   

Approfondimenti/commenti:

Nessuna voce inserita

Inserisci approfondimento/commento