ROBOTICA EDUCATIVA E FISICA - Dimostriamo il secondo principio della dinamica

Ingegneria

• Costruire e testare un prototipo di “gamba meccanica”
• Incrementare il prototipo aggiungendo pezzi e sensori

• Programmare un prototipo di “gamba meccanica” utilizzando la programmazione visuale a blocchi per dimostrare e verificare il secondo principio della dinamica.
• Realizzare un manufatto centimetrato per misurare le distanze

• Scoprire e verificare che variando la forza (attraverso la variabile inserita dagli alunni nel programma), con l’aumentare della forza impressa al corpo, aumenta anche la distanza percorsa dal corpo stesso
• Scoprire e verificare che un corpo di massa maggiore ha anche un’inerzia maggiore e che, se su due corpi di massa diversa agisce la stessa forza, in base alla relazione sopra indicata, il corpo di massa maggiore subisce un’accelerazione minore, cioè rallenta la sua velocità e percorre una distanza minore

• Costruire tabelle e grafici per l'analisi dei dati
• Stimare, misurare e registrare i dati
• Analizzare e interpretare dati e grafici

• Sviluppare abilità di problem solving
• Accrescere la motivazione all’apprendimento disciplinare
• Sviluppare abilità nell' organizzazione autonoma del lavoro di gruppo
• Interagire in modo collaborativo in una discussione dando risposte e fornendo spiegazioni all'interno del proprio team
• Stimolare le potenzialità creative ed espressive attraverso l'integrazione di strumentazione didattica innovativa
• Sviluppare abilità prassiche e costruttive
• Stimolare l’interesse verso il Coding, la Robotica e altre tecnologie
• Potenziare l'organizzazione e l'autonoma nel lavoro di gruppo, nel rispetto dei ruoli e dei tempi
• Stimolare la gestione e risoluzione dei conflitti
• Sviluppare una comunicazione efficace
• Sviluppare abilità di pensiero computazionale

• Kit  LEGO® Wedo
• 1 tablet/Ipad per gruppo
• 1 computer per gruppo
• matite, pennarelli, forbici, scotch, carta millimetrata, righelli e squadre per il disegno tecnico, carta di alluminio, palline di gomma di peso diverso
• applicazioni per la creazione di tabelle e grafici
• software LEGO® Wedo

● Cooperative Learning
● Project-based learning
● Metodo "4C" (proposto da LEGO® Education)

Gli alunni sono divisi in gruppi di 4 o 5 alunni. Ogni gruppo, seguendo le istruzioni di montaggio scaricate sull’Ipad, costruirà il proprio prototipo di "gamba meccanica" che sarà programmato per colpire prima una pallina, variando di volta in volta la forza impressa (potenza motore), poi due palline, di massa/peso differente.

Le misure delle distanze percorse saranno registrate in tabelle appositamente costruite dagli alunni che, analizzando i dati raccolti, potranno verificare l'esattezza del secondo principio della dinamica.

Il secondo principio della dinamica, afferma che una forza agente su un corpo, o una forza risultante da un insieme di forze agenti su un corpo, imprime su di esso un’accelerazione nella stessa direzione e nello stesso verso della forza applicata; si esprime mediante la formula che viene anche chiamata legge fondamentale della dinamica. Il modulo dell’accelerazione è   proporzionale a quello della forza e inversamente proporzionale alla massa del corpo.

F = m·a

Dove F  la forza applicata al corpo di massa m, ed a  l’accelerazione prodotta.

Un corpo di massa maggiore ha anche un’inerzia maggiore. Infatti se su due corpi di massa diversa agisce la stessa forza, in base alla relazione sopra indicata, il corpo di massa maggiore subisce un’accelerazione minore, cioè cambia più lentamente la sua velocità. Ciò significa che il corpo di massa maggiore resiste di più alla variazione del suo stato di quiete o di moto e, siccome l’inerzia è  la proprietà di resistere ai cambiamenti dello stato di quiete o di moto, esso ha una maggiore inerzia.
L'attività consta di varie fasi la cui durata media è di due ore.

Fase 1: costruzione della gamba meccanica
Costruzione della "gamba meccanica" seguendo le istruzioni date.

Programmazione della gamba meccanica attraverso il software Lego che consente la programmazione visuale a blocchi.
In questa fase, gli alunni scrivono una semplice linea di codice per "testare" la gamba, per controllare, cioè, se il montaggio è avvenuto correttamente e se la gamba si muove nella direzione giusta.

Costruzione di due palline: una più leggera, l’altra più pesante.
Costruzione di un “manufatto centimetrato” per misurare le diverse distanze percorse dal corpo (pallina)colpito dalla gamba meccanica.

Programmazione della gamba meccanica cambiando la variabile della "forza motore" (nel software si è utilizzato il blocco potenza motore). La programmazione prevede la realizzazione di sequenze di codice in cui, ogni volta che si dà l'avvio alla gamba meccanica, la variabile della forza motore viene aumentata, per cui, ad ogni avvio successivo,  la gamba girerà sempre più forte e la forza impressa al corpo sarà di conseguenza maggiore.

Creazione di tabelle per la registrazione dei dati e avvio dell'esperimento.

Fase a: si procede inizialmente con una sola pallina. Ad ogni avvio la gamba meccanica colpirà la pallina con un'accelerazione sempre maggiore e la pallina percorrerà una distanza maggiore. I dati vengono registrati in tabella.

Fase b: in questa fase si procede con due palline di massa/peso diverso che saranno colpite dalla gamba programmata con la stessa variabile di forza motore e si osserverà che la pallina di peso maggiore, percorrerà una distanza minore rispetto alla pallina più leggera. Si continuerà allo stesso modo, facendo colpire ambedue le palline dalla gamba aumentando successivamente la variabile della forza motore e si registreranno i dati.

I dati saranno convertiti in grafici e saranno il supporto scientifico alla dimostrazione del secondo principio della dinamica.

Lego Education "A System for Learning"

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