Il volo

[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.

[3] Work in progress e consigli operativi.

Ti presento qui di seguito una prima serie di suggerimenti per concretizzare l'idea della tua tesina su una traccia ben precisa di persorso culturale.
- Per prima cosa devi leggere il manuale di Umberto Eco, Come si fa una tesi di laurea, Milano, Tascabili, Bompiani, 1991. Ti servirà moltissimo per sviluppare un persorso di sviluppo di una tesi scritta da sostenere.
- in secondo luogo, devi effettuare delle ricerche nelle biblioteche (su supporto cartaceo), in rete (con internet) mediante i motori di ricerca (ottimo Google) e nei newsgroups (come it.scienza.fisica), alle voci: la fisica del volo, fenomeni elettrici nell'atmosfera, campo geoelettrico, ecc... Se sei fortunata puoi incontrare persone competenti che hanno scritto qualcosa sul tema da te scelto. Ricordati che nel settore di interesse della tua tesina tu devi convincerti di essere un'esperta. Per farlo devi impegnarti a conoscere le idee di fondo del tema.
-devi approfondire il problema teorico del campo elettrico stazionario in tutti i suoi risvolti che interessano la distribuzione delle linee di forza nello spazio intorno alla terra, ecc.;
-devi leggere qualcuno dei seguenti libri che oltre al discorso del campo elettrico sviluppano molto la parte del programma d'esame inerente ai concetti di elettromagnetismo di Maxwell:
1.P. HARMAN, Energia, Forza e Materia. Lo sviluppo della fisica nell'Ottocento, Bologna, Il Mulino, 1984;
2.M. LA FORGIA, Elettricità, materia e campo nella fisica dell'Ottocento, Torino, Loescher, 1982;
3.C. DE MARZO, Maxwell e la fisica classica, Bari, Laterza, 1978;
4.S. D’AGOSTINO, L’elettromagnetismo Classico, Firenze, Sansoni, 1975.
Per ora è abbastanza. Buon lavoro!

[2] Titolo: Il volo: elementi del progetto e discipline coinvolte.

1) Storia dell'Arte: Aeropittura (futurismo);
2) Italiano: Futurismo e D'Annunzio;
3) Scienze: l'atmosfera;
4) Storia: prima guerra mondiale;
5) Ed. Fisica: l'uomo si alza nell'aria (salti, ecc..)
6) Fisica: canale web per l'aerospazio, fenomeni elettrici nell'atmosfera e campo elettrico terrestre;

[1] Mission

"Il volo" è un weblog che ha lo scopo di favorire la costruzione di una tesina di Fisica da presentare ai prossimi Esami di Stato di maturità scientifica nel periodo Giugno-Luglio 2004. Si tratta di un luogo virtuale per costruire e far crescere il progetto di lavoro che interessa la studentessa Giulia della classe 5C del Liceo-Ginnasio "Bertrand Russell" di Roma. In questo luogo del web si tenterà di raccontare i progressi, raccogliere e coordinare i contenuti, sollecitare ricerche, approfondimenti e, non ultimi, commenti e suggerimenti anche da parte di persone esterne che intendono collaborare all'evento.
Nel mondo anglosassone questo tipo di weblog lo chiamano research blog. Io potrei definirlo, come suggerisce Gino Roncaglia, un weblog *tessitore*, perchè tenta di tessere quella particolare tela culturale che dovrebbe aiutare la studentessa a realizzare una ricerca di qualità e nello stesso tempo farla "crescere" sul piano dello sviluppo delle competenze e delle capacità intellettuali.
Se ci riusciremo lo vedremo alla fine. Intanto buon lavoro!
Roma, Lunedi' 19-01-04
L'insegnante di Fisica
prof. Vincenzo Calabro'
e-mail: v.calabro@iol.it