Il volo

[14] Pubblico qui il link che mette a disposione a chi è interessato la tua tesina sottoforma di file con estensione .ppt così come gentilmente me lo hai fatto pervenire. E' un buon lavoro che dimostra il forte impegno che hai messo in atto per realizzare le tue idee.
Trovo eccellente la strategia di composizione. Intanto le parole chiave che introducono il tema. "Aspirazioni verso l'alto, fuga, libertà, nuova prospettiva, ecc.." mi sembrano buoni tag per introdurre l'idea del volo. Belle le immagini di Icaro in volo con il minareto della Grande Moschea di Tunisi. Corretto e prevedibile il richiamo a Joyce che richiama alla mente Icaro. Lo stesso dicasi per Auden. Non poteva mancare e hai fatto benissimo a inserirlo il gabbiano Jonathan Livingston. Bene Freud e Leonardo e via via alianti e parapendii. Mi fermo qua per non togliere il piacere della scoperta del tuo percorso a chi ha un po' di curiosità. La tua tesina multimediale è un ottimo lavoro che premia le tue fatiche. Per parte mia sono soddisfatto delle tue scelte e del lavoro svolto e ... ti auguro buona fortuna per il tuo futuro.

[13] Consigli e suggerimenti.

Ho guardato con molto interesse la tua mappa concettuale e mi è sembrata interessante non solo perchè ricca di contenuti pluridisciplinari, ma soprattutto per la originalità degli accostamenti e per la validità degli Autori citati. In poche parole credo che sia un ottimo percorso. Penso che potrai fornire alla Commissione d'esami una buona panoramica di fatti culturali che ineriscono al "volo" dal punto di vista delle diverse discipline. Mi dispiace che, come avevi previsto, non sia possibile inserire la mappa concettuale che hai prodotto con excel su questo weblog. In realtà se posso desidero provare a trovare una alternativa per la sua pubblicazione. Ti informerò meglio in seguito. Effettivamente un Istituto Tecnico Aeronautico potrebbe fornire una bibliografia più adeguata e significativa. Una presentazione del percorso con Power Point sarebbe una buona idea. Ti permetterebbe di seguire una traccia adeguata e sicura. E poi, è possibile arricchirla di contenuti multimediali che in questi casi colpiscono positivamente i membri delle varie Commissioni di esami. Per il resto mi rendo conto delle tue difficoltà, che sono difficoltà di molti diplomandi. Ti auguro di realizzare un buon percorso. Ne sono sicuro. Buon lavoro.

[11] Dalla elettricità nei gas al volo come metafora di libertà.

Senza ombra di dubbio lo studio della fisica della corrente elettrica nei gas è un elemento importante di conoscenza della fisica del volo. Lo ritengo di grande interesse ma non essenziale in un corso di fisica relativo all’elettromagnetismo classico. Nel nostro caso la ragione sta nel fatto che la conoscenza dei fenomeni della elettricità nei gas permette di conoscere le proprietà e le condizioni fisiche dell’ambiente in cui si manifesta il volo ma è poco essenziale dal punto di vista della dinamica del volo. Tuttavia la presenza di cariche elettriche nell’atmosfera è causa di importanti fenomeni elettrostatici che possono portare alla produzione di scariche elettriche pericolose come i fulmini o le tempeste elettromagnetiche in grado di “oscurare” la strumentazione elettrica dei velivoli. In ogni caso è lodevole questo tuo tentativo di approfondire tematiche legate allo sviluppo del programma di 5° anno da trattare più o meno diffusamente durante il colloquio agli esami di stato. La produzione di raggi catodici, ovvero di elettroni, di raggi positivi o canali, cioè di nuclei carichi positivamente, di raggi X e infine dei fenomeni di emissione elettronica da superfici metalliche in aeriformi molto rarefatti come nell’emissione per effetto termoelettronico di elettroni e nei metalli alcalini per effetto fotoelettronico, sono fenomeni interessanti e importanti in fisica che hanno portato questa scienza alla successiva rivoluzione quantistica. Mi dispiace che non sia stato possibile approfondirli durante l’anno. Non si può fare tutto e i tempi scolastici non aiutano ad agevolare questi approfondimenti. Sono contento che finalmente sei uscita allo “scoperto”, cioè che hai messo i tuoi atout sul tavolo di gioco permettendo di conoscere le tue reali intenzioni. Per quanto riguarda la mappa in excel perché non tenti di pubblicarla sul blog? Provaci, perché una mappa concettuale è un ottimo documento di sintesi. Dal punto di vista generale le tue idee sono veramente interessanti. Il volo come fuga, come tentativo di librarsi in aria alla maniera di Icaro mi sembra una eccellente figura metaforica di rappresentare le aspirazioni al volo. La libertà e le nuove prospettive inerenti al volo sono tematiche che dovresti approfondire col docente di italiano o di storia e filosofia. Chiaramente il tema, dal punto di vista letterario ed emozionale, esula dallo specifico fisico. Ritengo che sia importante, perché permette di dare spessore culturale e aspirazione a realizzare un percorso legato alla tua sensibilità ad approfondire l’argomento nelle sue prospettive letterarie, artistiche e, perché, no anche spirituali. Tu dici che :

”La scienza in questo contesto è lo strumento che permette di volare realmente e di sfruttare le nuove prospettive che il volo apre: una visione dall'alto (in senso artistico), in senso storico (sia come nuova tecnica bellica, sia come documentazione storica)e in senso scientifico come studio dall'alto del nostro pianeta e come esplorazione degli altri pianeti.”

Sono belle parole che evidenzialo l’esigenza di associare ai temi tecnici dei programmi di studio della fisica tematiche di ampio respiro culturale che evidenziano l’esigenza di attribuire ai temi della scienza una valenza culturale che essa possiede sicuramente ma che è difficile far emergere nei protocolli ufficiali della quotidianità scolastica. Pertanto ti dò il consiglio di svilupparli con passione e originalità. In fondo in fondo questo è una delle ragioni che gli approfondimenti si propongono di conseguire, nella prospettiva di dare a voi studenti la possibilità di penetrare più a fondo un tema di grande interesse che possa anche costituire ragione di studi negli anni universitari. Aspetto tue nuove.

[9] Un tema ampio e impegnativo

Le conoscenze scientifiche finalizzate al volo sono un tema molto vasto. Si va dall'aerodinamica intesa come studio e descrizione del moto dell'aria e delle forze che l'aeriforme esercita sui corpi che ne sono investiti, alla spiegazione del comportamento di un'ala in volo. Dalla meteorologia vera e propria, all'aerologia, alla microclimatologia, ecc.. Dalla composizione e scomposizione delle forze che agiscono su un oggetto in volo alla pressione atmosferica che fa sentire i suoi effetti spesso in modo considerevole. Anzi. Non solo la pressione atmosferica esercita azioni ma anche pressioni, sovrapressioni, depressioni e variazioni di pressione fanno sentire il loro effetto aggiuntivo. Sempre nel campo della pressione è necessario conoscere il legame che esiste tra la pressione statica e quella dinamica che caratterizza il moto nei fluidi o dei fluidi. Profilo alare, angolo di incidenza, portanza, resistenza del mezzo, ecc. sono ulteriori elementi di questo vasto campo della fisica. Ci sono delle differenze tra volo di un aliante, di un aereo, di una capsula spaziale e di un paracadute. Sono tutte maniere diverse di volare, con enormi differenze delle une dalle altre. Lo studio del passaggio delle correnti elettriche nei gas è invece un altro tassello importante dei fenomeni fisici che ineriscono al volo. Si parla di conduzione elettrica nei gas in presenza di ioni nell'atmosfera, di scarica nei gas che dipende dal valore della pressione del gas medesimo. Inoltre, con la conduzione nei gas ha a che vedere la produzione di raggi catodici. Spero che nel prossimo tuo intervento potrai essere più specifica sugli argomenti che intendi approfondire.

[7] Un ulteriore suggerimento

Penso che sia giunto il momento di definire alcuni punti qualificanti del tuo approfondimento. Il tempo stringe. Ti inviterei pertanto a esplicitare piu' puntualmente le linee guida che intendi sviluppare nel percorso. Se fossi in te partirei dal concetto di "campo", che e' una categoria scientifica importantissima in fisica e che ti suggerirei di approfondire adeguatamente, magari con qualche aggancio specifico al tema dell'ambiente terrestre che interessa il volo.
La parola campo, infatti, ricorre spesso in elettromagnetismo e non solo in quello: si parla di campo gravitazionale, elettrico, magnetico, nucleare, ecc... Per esempio se ci riferiamo alle proprietà fisiche che possiede lo spazio vicino alla superficie terrestre che interessa il volo di aerei e/o navicelle spaziali potremmo dire che sia il campo gravitazionale, sia il campo elettrico, sia il campo magnetico sono tutti e tre campi decisamente importanti in grado di influenzare il moto del corpo in volo.
L'assenza di contatto tra corpi che interagiscono è la caratteristica essenziale dei campi vettoriali. Da questo punto di vista dobbiamo ringraziare Faraday che per primo elaboro' una teoria, sebbene grezza e per niente matematizzata, in cui egli immagino' che anche allo spazio vuoto si poteva attribuire la responsabilità della manifestazione delle interazioni elettriche e magnetiche, magari sottoforma di tensione. Sebbene oggi questa concezione non abbia piu' fondamento, essa contribui' in modo determinante allo sviluppo dell'elettromagnetismo e alla nascita del moderno e fondamentale concetto di campo vettoriale comune sia ai fenomeni magnetici che a quelli elettrici (ma non solo, si pensi alla gravita').
Sarebbe interessante entrare nel merito delle proprietà matematiche oltre che fisiche dei campi. In generale, dunque, un campo vettoriale e' il risultato della modifica delle proprietà di una certa regione di spazio ad opera di un ente fisico sorgente del campo stesso (ad esempio, una corrente elettrica, una carica elettrica o un corpo celeste), la cui presenza e' rilevabile esclusivamente attraverso un'interazione che si manifesta con una forza F.
• Il campo elettrico vicino alla superficie terrestre vale in media circa 100 V/m; è praticamente uniforme ed è diretto verso la superficie terrestre, dall'alto verso il basso perche' la Terra è considerata un debole conduttore caricato superficialmente di carica negativa.
Questo significa anche che il potenziale elettrico cresce in maniera lineare nell'atmosfera e teoricamente di 100 Volt ogni volta che si percorre un metro andando verso l'alto.
• Il campo magnetico vicino alla superficie terrestre vale in media circa 50 microT; è praticamente uniforme in modulo ma varia in direzione e verso con la latitudine e assume aspetti direzionali che dipendono dalla inclinazione magnetica.
• Il campo gravitazionale vicino alla superficie terrestre vale in media circa 10 m/s2; è praticamente uniforme in modulo ma varia in direzione perche’ e’ sempre diretto verso il centro della Terra.
Con queste premesse penso che potresti permetterti di effettuare una disamina abbastanza completa delle analogie e differenze tra i diversi tipi di campo che esprimono proprieta’ fisiche in grado di influenzare l’aerodinamica degli oggetti in volo.
In relazione alla lettura dei due volumetti che hai completato, mi fa piacere attestarti il mio compiacimento. Penso che entrambi i due volumi ti possono aiutare a comprendere meglio come si fa correttamente da un lato una tesina e dall’altro quali problemi interessano lo studio dei fenomeni elettrici e magnetici. La lettura del libro di De Marzo ti avvicina maggiormente al senso della scienza ottocentesca che con i suoi metodi e i suoi paradigmi è stata in grado di contribuire in modo esaltante allo sviluppo scientifico e tecnologico della società occidentale. La produzione di energia elettrica mediante la macchina elettrica (alternatore) e la produzione di onde e.m. mediante il dispositivo di Hertz (oscillatore) sono i punti cardinali dell’elettromagnetismo classico di Maxwell. Se poi hai effettuato delle letture nella parte antologica del libro di De Marzo penso che hai iniziato bene il lavoro di ricerca della tesina.
A questo proposito ti consiglio di riflettere sui seguenti paragrafi:
6- Faraday e i suoi contributi all’elettromagnetismo;
7- le linee di forza;
8- sulla teoria dei vortici molecolari applicati ai fenomeni magnetici;
9- sulla teoria dinamica del campo elettromagnetico;
10- confronto diretto della forza e.s. con quella e.m. che rivedremo nel filmato su Maxwell che faro’ vedere alla classe prossimamente in aula di proiezione.
Se hai voglia potresti leggere adesso il libro di M. La Forgia, Elettricità, materia e campo nella fisica dell'Ottocento, Torino, Loescher, 1982. E’ un libro interessante, molto antologico, perché parte dal presupposto della scoperta di Oersted e sviluppa un interessante discorso sul confronto incalzante delle due concezioni dell’azione a distanza e del campo pervenendo alla sintesi di Maxwell.
Buon lavoro.

[5] Suggerimenti sul tuo percorso.

Da quanto mi è sembrato di capire il tuo approfondimento ha a che vedere con la tematica del volo, inteso qui come “fisica del volo” e come analisi dei fenomeni fisici che si incontrano durante il volo. Certamente «volo» si può intendere nell'accezione di “volo di un uccello” o di “volo di un aliante”, ma ci interessa di più nel senso “aeronautico” del termine. La scelta di questa modalità di indagine si giustifica anche per l'aggancio che il tuo percorso di approfondimento presenta con il Progetto dell’Agenzia Spaziale Italiana "Portale web dell'Aerospazio" che, come ti è noto, in questi mesi stiamo sviluppando. Dunque, si tratta di approfondire questo tema, peraltro molto ampio e forse un po’ dispersivo. Sarà necessario, pertanto, operare delle sintesi e delle rinunce, in modo tale da ritagliare un segmento di sapere scientifico preciso e insistere su quello (ricordati della riflessione di Umberto Eco, quando a pag. 20, nel suo utilissimo libro Come si fa una tesi di laurea , dice che "una tesi troppo panoramica costituisce sempre un atto di superbia"; dunque (pag. 23) "più si restringe il campo meglio si lavora e più si va sul sicuro"). In queste condizioni l'aggancio con il programma di elettromagnetismo che riguarda il programma del corso di fisica di quest'anno può riguardare il rapporto tra le condizioni dinamiche del volo e le condizioni spaziali dei fenomeni legati all’esistenza di campi elettromagnetici nello spazio intorno alla terra. In particolare, si tratta di affrontare le questioni inerenti all’esistenza di un campo elettrico e di un campo magnetico terrestre.
A questo proposito ti voglio dare alcune coordinate sul primo elemento, cioè sul "campo elettrico terrestre" che giudico interessante. Sul secondo, possono aiutarti gli appunti di geomagnetismo che stiamo utilizzando nella compresenza Fisica-Scienze.
Eccoti alcune riflessioni relative al primo tema (campo elettrico terrestre) che mi sembra più idoneo da trattare se non altro perchè meno conosciuto e, forse, più originale.
Col termine "campo elettrico terrestre" si intende il campo elettrico che si colloca nella parte immediatamente vicina alla superficie terrestre. In ogni caso è un campo vettoriale da intendere qui come una specifica grandezza elettrica Eo facente parte di una serie di fenomeni fisici governati da un insieme di equazioni generali che James Clark Maxwell mise a punto nella seconda metà dell'800, riprendendo e completando il lavoro sperimentale e teorico sull'elettricità iniziato nel lontano '700 da Haukesbee, Gray, Du Fay, Van Musschenbroek, Watson, Franklin, Van der Graaf, Priestley, Galvani e Volta e, successivamente, sviluppato in maniera più formale ed efficace da Oersted, Laplace, Arago, Ampere, Faraday, Helmhotz, Gauss, Stokes, Green, Weber e altri.
Semplificando al massimo, possiamo dire quanto segue. Il campo elettrico terrestre Eo è una forma di energia che permea lo spazio intorno alla terra. E' individuato da linee di campo elettrico verticali, parallele tra di loro, perpendicolari alla superficie terrestre, dirette verso la terra che è considerata un conduttore elettrico con carica negativa.
Da misure effettuate con strumenti di rilevazione adeguati è risultato che il campo elettrico Eo sulla superficie terrestre vale approssimativamente (100±10) V/m. Questo significa che la differenza di potenziale tra una differenza di livello x=2 m (che è circa l'altezza di una persona) è ΔV=V1-V2= Eo x = 100 . 2=200 V . Significativi approfondimenti li protrai trovare nell'interessantissimo libro di Feynmann [1] sottoriportato nella bibliografia.
Se schematizziamo, pertanto, la Terra come un conduttore elettrico sferico in cui il campo elettrico Eo alla sua superficie è dato da Eo=(1/4πεo)Q/Rt2, possiamo farci un'idea degli ordini di grandezza in gioco considerando che il valore della carica elettrica terrestre media corrisponde ad una carica in eccesso sulla superficie terrestre dell'ordine di 4πεoRt2 Eo = 9 . 10^5 C, con Rt raggio della Terra. Questa carica elettrica Q è equivalente a quella di un numero di elettroni n = Q/e = (9 . 10^5)/(1.6 10^-19)=10^24! Il campo elettrico prodotto da questa carica elettrica si conserva costante nel tempo, nonostante delle fluttuazioni statistiche che lo interessano perchè la condutticiblità elettrica dell'aria è bassa, cioè l'aria è un buon isolante. Il campo elettrico terrestre Eo è una conseguenza del fatto che la ionosfera si carica rispetto alla superficie della Terra per effetto dell'attività elettrica temporalesca dovuta ai fulmini, vere e proprie lame di luce che sviluppano temperature vicino ai 30000 K. I fulmini elettrizzano le nubi e l'elettricità così prodotta viene trasportata dalla cima delle nuvole alla ionosfera formando un doppio strato elettrico con le cariche negative in basso e quelle positive in alto.
Di seguito ti indico due libri interessanti.
Bibliografia
1)La fisica di Feynmann, vol. 2 Parte 1, Milano, Masson, 1988, Cap.9;
2) C. Kittel, W.D.Knight, M.A.Ruderman, La fisica di Berkeley, Bologna, Zanichelli, 1980;
3) L.J. Battan, Violenze dell'atmosfera, Zanichelli, Bologna, 1978.
Sitografia
http://www.nauta.it/radioast/efm.html
http://digilander.libero.it/vvillas/Riv.Met.Aer/rivista1955.htm
http://hypertextbook.com/facts/1998/TreshaEdwards.shtml
Buon lavoro!

[4] Prima modifica dell'indice della tesina.

Prendo atto delle modifiche che hai suggerito. Riassumiamo l'indice dell'approfondimento.

Titolo: Il volo. Percorso pluridisciplinare per gli esami di Stato.
1) Storia dell'Arte: Aeropittura (futurismo);
2) Italiano: D'Annunzio, Sepulveda "Storia di una gabbianella e del gatto che le insegnò a volare", Bach "Il gabbiano Jonathan Livingstone";
3) Scienze: l'atmosfera;
4) Storia: guerra di Libia, prima e seconda guerra mondiale;
5) Ed. Fisica: gli sport estremi (deltaplano, paracadutismo, parapendio, aliante)
6) Inglese: il mito di Icaro. Da definire gli autori e i testi.
7) Fisica: canale web per l'aerospazio (aerodinamica), fenomeni elettrici nell'atmosfera e campo elettrico terrestre.