Temperatura E Calore: La scatola nera

Nel post precedente, eravamo rimasti alla necessità di ricercare un modello applicabile al nostro problema ovvero in grado di consentire previsioni circa l'ipotesi particellare della materia.

Sollecito i ragazzi a riflettere su cosa potrebbe essere un semplice modello, facendo passare di mano in mano un  barattolo chiuso, contenente acqua , senza che loro siano a conoscenza del contenuto.

Li invito ad indovinare cosa può esserci dentro.

Tutti rispondono che si tratta con certezza di un liquido, dallo sciacquio che percepiscono. Ma non possono prevedere altro, non riuscendo, ovviamente, a rilevarne né l’odore né il sapore.
Però, dato che sicuramente è un liquido, se forassero il barattolo, esso sgocciolerebbe fuori.

Quindi, da questo semplice modello (che il barattolo contiene un liquido) possiamo fare una previsione: la fuoriuscita del liquido se si fora il barattolo. Nessun particolare del modello ci ha fatto capire di che tipo di liquido si tratti.

Allora potrebbe funzionare nella stessa maniera un modello particellare della materia! Perché no?

I ragazzi sono combattuti.  A qusto punto annuncio che  faremo un esperimento un po’ più complicato di quello del barattolo: la scatola nera.

Li invito ad inventarsi un modello  per dare spiegazione del comportamento di una  “scatola nera “, dentro la quale metterò degli oggetti di cui dovranno indovinare l'identità. Le previsioni che faranno forse li potranno aiutare a comprendere meglio un modello della struttura particellare della materia.

Con i ragazzi sottolineo il fatto che la scatola è qualcosa di artificiale ma che potranno adoperarla per fare esperimenti, riflettere sui risultati ottenuti organizzandoli in un modello, che impiegheranno per fare previsioni (provando a verificarle) su altri esperimenti, fino a quando ne avranno voglia.

NOTA
La scatola nera è un modello conosciuto. Personalmente, l’ho appreso da una collega che insegna Chimica al biennio superiore, dove viene utilizzato, appunto, quando a proposito del modello atomico della materia, insieme ad altri modelli più complessi.
Ho pensato, che ad un livello semplificato, potesse essere impiegato con ragazzi più giovani e funzionare.

LA CONSEGNA:
Progettare e realizzare la scatola (una per ciascun gruppo, in cui inserirò personalmente degli oggetti sconosciuti che i ragazzi proveranno a indovinare) e fare tutti gli esperimenti che verranno in mente a ciascuno tranne quello di aprire la scatola, naturalmente.

METARIFLESSIONE PER I GRANDI: avere consapevolezza che il modello della scatola nera, come qualunque altro modello, è sempre “contaminato”, altrimenti cadremmo in una trappola su cui Calvino, più di 20 anni fa, scrisse delle belle parole che cito volentieri:

"Il modello è per definizione quello in cui non c’è niente da cambiare, quello che funziona alla perfezione; mentre la realtà vediamo bene che non funziona e si spappola da tutte le parti; dunque non resta che costringerla a prendere la forma del modello, con le buone o con le cattive.”

E’  chiaro come  i modelli, cui si riferisce Calvino, siano quelli pertinenti all’analisi e alla  descrizione delle dinamiche interattive sociali e più in genere umane, per comprenderne i comportamenti, ma credo che la citazione possa estendersi, con le differenze del caso, anche al nostro ambito di indagine.

Riporto di seguito l'esperienza originale, progettata e realizzata da uno dei gruppi di alunni.

ESPERIENZA CONDOTTA DA UNO DEI GRUPPI

SCOPO:
Scoprire cosa contiene la scatola e illustrare il modo in cui l'abbiamo costruita.

MATERIALE:
• colla
• scotch
• cartoncino nero
• forbici
• bastoncini da spiedo
• piccoli oggetti(da identificare)

PROCEDIMENTO:
• Abbiamo stabilito le dimensioni della scatola.
• Abbiamo ritagliato e piegato il cartone, lasciandone il necessario per un coperchio.
• Abbiamo costruito allo stesso modo anche quest'ultimo. Ci siamo ispirate alle scatole da scarpe e ne abbiamo costruita una simile.
• La professoressa ha infilato all'interno del contenitore dei piccoli oggetti(senza farceli vedere) e lo ha sigillato.
• Abbiamo fatto alcune supposizioni sul contenuto e scosso a lungo e in vari modi la scatola per sentirne il rumore.
• Abbiamo tentato di catturare un po' di materiale con uno  spiedo.

DATI SPERIMENTALI:
• Scatola: lunghezza 18 cm; spessore 10 cm; altezza 6 cm; stecchi da 20 cm.
• Coperchio:  lunghezza 18,5 cm; spessore 10,5 cm; altezza 3,5 cm.
• Rumore, rilevato con i sensi.

IPOTESI:
I rumori percepiti ci inducono a supporre la presenza di piccoli granelli (forse zucchero o sale ), di ferraglia (forse graffette o puntine da disegno), di plastica (elastici o pezzetti di biro). Il rumore è attutito da qualcosa, probabilmente cotone idrofilo.

RISULTATI OTTENUTI:
Abbiamo aperto la scatola per verificarne il contenuto, trovando:
• 1 graffetta
• 2 elastici piccoli
• 1 cerotto
• 1 puntina da disegno
• un po' di cotone idrofilo

VERIFICA DELL’IPOTESI E CONCLUSIONI : Le nostre supposizioni erano quasi esatte e quindi la scatola nera ha funzionato come strumento di previsione.

CONFRONTO DEI RISULTATI DEI VARI GRUPPI E DISCUSSIONE COLLETTIVA

Dopo che i gruppi hanno completato l’esperimento della scatola  nera, noi ragazzi abbiamo discusso tutti insieme (la prof. ci ascoltava pronta ad intervenire su nostra richiesta oppure quando era necessario raddrizzare qualche ragionamento che trasbordava o a frenare qualche volo troppo alto di fantasia) i risultati , dopo averli confrontati, di quello che all’inizio  ci era parso un gioco.

Ma “giocando” siamo arrivati a comprendere che, come la scatola nera ha funzionato da modello per fare delle previsioni anche se eravamo all’oscuro del suo contenuto, nello stesso modo possiamo costruirci un modello “particellare” che possa spiegare i fenomeni che abbiamo osservato sperimentalmente sugli stati della materia e sulle sue trasformazioni di stato fisico, anche se non siamo in grado di osservare le particelle medesime.

E’ quanto proveremo a fare le prossime volte, così ha detto la prof.

L'immagine, che vedete, è il modello della scatola nera  realizzato dal gruppo.

Allora,  cari visitatori, al prossimo post! Rimanete sintonizzati!