Fisica In Un Parco Giochi

Con Fisica in un parco giochi voglio raccontarvi una esperienza che ho vissuto in prima persona al parco di Mirabilandia che penso sia noto ai più. In ogni caso, è il più grande parco divertimenti della Romagna e uno dei più importanti al livello nazionale ed europeo, situato a Savio (comune di Ravenna).

Fin dalla sua costruzione, Mirabilandia fu concepita con un occhio di riguardo al target giovanile-adolescenziale. Infatti, il parco debuttò con due attrazioni allora uniche in Italia:  Sierra Tonante e Rio Bravo. La prima delle due è stata dismessa nel 2009 a favore di iSpeed.

Le attrazioni di un parco di divertimenti, oltre alla percezione di sensazioni forti, offrono l’opportunità di svolgere dal vivo interessanti esperimenti nell’ambito della Fisica, e, in particolare,  di studiare i moti in un contesto reale, per un'analisi cinematica e dinamica…in pratica si dispone di un laboratorio fuori dalle pareti scolastiche.

Nel corso della mia esperienza, vissuta nel 2008, ho sperimentato, tre fra le attrazioni più note: Discovery, Eurowheel, Sierra Tonante (quest’ultima sostituita, oggi, da iSpeed).

Discovery fa parte, insieme a Columbia, di quelle che erano prima chiamte le Torri Gemelle. Eccole insieme in un video.





Eurowheel è la ruota panoramica, uno degli emblemi di Mirabilandia: con i suoi 90 metri di altezza è la più alta ruota panoramica dell'Europa continentale, seconda in Europa solo al London Eye.




Sierra Tonante era il nome delle mitiche montagne russe di Mirabilandia. Di seguito alcuni flash inediti di Sierra Tonante provenienti dagli archivi di Mirabilandia, che ha realizzato questo breve video commemorativo.





Nella primavera del 2003 il parco di Mirabilandia ha avviato l'iniziativa “Progetto Fisica, un'aula senza pareti”, con la collaborazione di Texas Instruments e  un gruppo di insegnanti del Liceo "Torricelli" di Faenza che hanno sperimentato  le attrazioni direttamente con le loro classi. In seguito, l'attività si è trasformata in un percorso didattico, guidato da tutor specializzati, a disposizione di tutte le scuole e migliaia di studenti provenienti ogni anno da ogni parte d'Italia.

E proprio nell’ambito della citata sperimentazione rientra la mia esperienza personale, che riporterò in parte e sinteticamente per quanto riguarda, in particolare, la torre di lancio Discovery.

Tra le attività previste, di tipo qualitativo e quantitativo, mi è stato possibile effettuare misure on line utilizzando un kit in dotazione, costituito da un barometro, un accelerometro, un'interfaccia CBL2 e una calcolatrice grafica TI 83 plus; il tutto assemblato in una valigetta da trasportare con comodità sulle attrazioni.

Le misure riguardano le grandezze  tempo, accelerazione, pressione atmosferica, da cui è stato possibile ricavare molte informazioni sul tipo di moto, sulle velocità massime, i profili altimetrici, le forze in gioco, ecc. Il moto studiato è un moto “reale”, condizione non realizzabile in un normale laboratorio scolastico.

DISCOVERY

L'attrazione trasporta a velocità costante i seggiolini occupati dai visitatori sino alla cima della torre di lancio, ad un’altezza di 51 metri, per poi lanciarli verso il basso. I seggiolini  “rimbalzano” verso l'alto e poi di nuovo verso il basso e così via sino alla fine del moto.

Di seguito il grafico del moto, fornito dalla strumentazione del kit in dotazione: in rosso l'andamento dell'accelarazione e in evidenza la prima discesa.



Dal punto di partenza alla sommità, il moto è rettilineo uniforme. L'accelerazione netta, infatti, oscilla in questa fase attorno allo zero.

Dai dati rilevati dalla strumentazione del kit, risulta che  il passeggero è stato portato in un tempo t = 22,8 s alla sommità della torre, ad una altezza y = 51 m.

Grafico della prima discesa.

L'intera discesa è durata circa 3,6 s e l'andamento dell'accelerazione rende opportuno suddividerla in due parti. La prima (zona colorata in blu), della durata di 2,4 s, si caratterizza per un moto accelerato verso il basso il cui valore massimo è di circa 1,2 g. La seconda (zona colorata in verde), della durata di 0,8 s, si caratterizza per l'inversione del segno dell'accelerazione a causa del sistema di smorzamento della caduta attivato in questa fase. Il valore massimo dell'accelerazione raggiunta è di circa 3 g.

Un interessante esperimento svolto durante la discesa del seggiolino è  “l’esperimento del bicchiere”, consistente nel tenere in mano un bicchiere, contenente dell’acqua, ed osservare cosa accade al suo contenuto.

Durante la discesa del seggiolino, l’acqua esce dal bicchiere e sale verso l’alto.



Consideriamo qualitativamente il fenomeno da due diversi riferimenti.

Rispetto ad un osservatore solidale con sistema del seggiolino: sembra esserci una forza diretta verso l’alto che causa la fuoriuscita dell’acqua. Poiché il sistema, nella fase di discesa,  è accelerato, e quindi non inerziale, sono presenti delle forze apparenti.

Rispetto ad un osservatore esterno:  l’acqua cade con una accelerazione minore di quella del carrello, rimanendo quindi indietro. I dati rilevati dall’accelerometro indicano che il carrello scendeva con una accelerazione maggiore di g (accelerazione gravitazionale) mentre l’acqua, non vincolata al bicchiere tenuto in mano, scendeva con accelerazione uguale a g.

Un cenno sulle forze apparenti.

Un corpo di massa m, che si trova in un sistema di riferimento inerziale I, è soggetto alle leggi del moto della meccanica newtoniana.

Se il corpo si trova in un sistema di riferimento non inerziale S, per esso non sarà verificato il primo principio della dinamica e un osservatore solidale con S vedrà che il corpo accelererà, pur non essendo soggetto all’azione di alcuna forza. Per spiegare tale fenomeno e far valere i principi di Newton sono state introdotte delle forze dette fittizie o apparenti.
Due forze fittizie molto comuni nella vita quotidiana sono: la forza centrifuga e la forza di Coriolis.

Mi auguro di essere riuscita a fornire un'idea di quanta Fisica possa essere sperimentata in un'aula senza pareti come il parco di Mirabilandia, dove ai ragazzi è consentito di  realizzare dal vivo esperimenti impensabili in una normale aula di laboratorio e vedere applicato ciò che hanno imparato a scuola in maniera unidirezionale.

Occorre, però, sottolineare che, affinché una esperienza di apprendimento, vissuta in un parco di divertimenti, risulti efficace sotto gli aspetti didattico ed educativo deve essere svolto sapientemente dall'insegnante un lavoro, di preparazione prima e di riflessione e rielaborazione dopo, tra le pareti scolastiche.


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Dove non specificato, le immagini sono state trovate in rete e successivamente rieleborate.