Fisica Ingenua

1. Fisica Ingenua Dott. G. Casini

2. Cos’è la fisica ingenua? La fisica ingenua o spontanea è … Prima di dare una definizione Paolo Bozzi inizia con una rassegna delle prime ricerche sull’argomento.

3. Benny Shannon 1976 • Articolo Aristotelianism, Newtonianism and the physic of the layman • Domande a studenti della StanfrodUniversity non iscritti ad alcun corso di fisica sulla caduta dei gravi, del tipo: • Quanto tempo spende la palla a percorrere metà del percorso di caduta, posto che impieghi x secondi? • Meno di x/2 • X • x/2 • Più di x/2

4. Shannon • Dalle risposte abbiamo un 20% di aristotelici e un 60% di newtoniani • Posto che una palla di 4 chili raggiunge il terreno in z secondi, quanto impiegherà a cadere dalla stessa altezza una palla di 2 chili? • 2z • Z • Fra z e 2z • In questo caso abbiamo ben il 60% di aristotelici e il 20% di newtoniani

5. Come interpretiamo? • Può darsi che la gente quando dimentica la fisica imparata a scuola si fidi di ciò che vede nelle comuni occorrenze della vita e fondi lì le sue teorie alternative • Può darsi che le nostre percezioni tradiscano la realtà fisica e ci forniscano dati empirici illusori? • È da escludere che le persone conoscano Aristotele più di quanto conoscano la fisica

6. Cos’è la fisica ingenua? • La fisica ingenua è un sistema di credenze, sommerso ma molto più coerente di quanto non si sospetti comunemente, intorno alle proprietà degli oggetti inanimati che popolano il mondo della nostra esperienza • Un sistema di rapporti che connette quelle credenze fra loro e al nostro modo di percepire gli eventi del mondo esterno, al modo di apparire delle proprietà fisiche delle cose. • In breve: la fisica che formiamo spontaneamente grazie alle esperienze della vita quotidiana

7. Champagne et al. 1980 • Una forza quando è applicata a un oggetto, produce movimento • Sotto l’influsso di una forza costante, gli oggetti si muovono di velocità costante • La grandezza della velocità è proporzionale alla grandezza della forza • In assenza delle forze gli oggetti stanno fermi o, se sono in movimento (per aver immagazzinato movimento quando le forze agivano su di essi) essi rallentano (e consumano il momento immagazzinato. • Uno studente su cinque crede che un grave assuma istantaneamente la velocità di caduta • Quattro su cinque credono che un oggetto più pesante cada più rapidamente

8. Champagne 1980 • Aristotelica: confortable and intuitive • Newtoniana: esoteric ed unfamiliar

9. Il problema di Aristotele • Come fa una freccia a proseguire dopo che l’arco l’ha scoccata? • Come fa il proietto a proseguire dopo che il proiettore ha terminato la sua azione? • Aristotele si affida a due spiegazioni che coinvolgono l’aria come motore per il prolungamento dell’azione del proiettore • Giovanni Buridano postula l’esistenza dell’impetus

10. 1980 McCloskey • Disegnare la traiettoria di uscita dal tubo di una pallina che viene iniettata con un soffio di aria compressa nel punto indicato dalla freccia

11. Pendolo • Disegnare la traiettoria della sfera lasciata dal pendolo

12. Aereo • Disegnare la traiettoria della sfera lanciata dall’aereo e la posizione dell’aereo al momento in cui la sfera tocca terra

13. Lancio e caduta • Disegnare la traiettoria della sfera che cade dal muro

14. L’impetus

15. Sistemi di riferimento

16. SdR

17. SdR

18. Cos’è la fisica ingenua? • Impariamo la fisica dopo aver già vissuto anni di esperienze nella vita quotidiana • Le concezioni sul mondo che ci siamo formati con l’esperienza costituiscono la fisica ingenua • Esempi: • La caduta dei gravi è un moto uniforme • I gravi più pesanti arrivano prima al suolo • Una velocità costante è prodotta da una forza costante; terminata l’azione della forza il moto si “consuma” e si estingue • La teoria dell’impeto di G. Buridano

19. … e la Fisica • Il metodo scientifico cerca risposte valide per spiegare classi più generali di fenomeni, che formano il paradigma più valido. Eppure non insegniamo direttamente la meccanica quantisitica relativistica… g c h

20. Fisica e fisica ingenua • Quando forniamo i concetti iniziali dobbiamo usare il linguaggio di senso comune: i concetti i della fisica si innestano quindi su quelli della fisica ingenua • Il compito dell’insegnante è condurre ad un ampliamento dei concetti preesistenti • È un dato di fatto che spesso i concetti di Fisica Ingenua sono molto resistenti all’istruzione scolastica

21. Introduzione: tipologie di problemi • Dobbiamo iniziare dalle esperienze osservabili nella realtà quotidiana, che si agganciano alle conoscenze acquisite spontaneamente … • Anche la relatività o la meccanica ondulatoria devono essere comprese in relazione alla Fisica che descrive l’esperienza quotidiana (si pensi alla dualità onda corpuscolo) • Questo perché “capire” vuol dire essere capaci di simulare mentalmente il fenomeno osservato. La simulazione diviene la nostra “spiegazione” del fenomeno con la quale cerchiamo di prevederne l’evoluzione. Migliore è la simulazione mentale, maggiore la comprensione (vedi la foto del cannone di Buridano)

22. Perché la FI resiste? • È mia opinione che si possano distinguere due atteggiamenti: 1) Allo studente interessa far evolvere la sua conoscenza dal livello di senso comune a quello scientifico • La concezione scientifica (e quindi quella scolastica) è accettata e riconosciuta come più ampia, profonda e generale nello spiegare i fenomeni

23. Perché la FI resiste? 2) Allo studente non interessa far evolvere la sua conoscenza dal livello ingenuo perché: • L’interesse è convogliato solo sul profitto scolastico (il voto) mentre imparare qualcosa è secondario: dovremmo interrogarci e interrogarli su questo punto • La concezione scolastica-scientifica non gode di particolare apprezzamento e viene vissuta come un’inutile fatica per sostituire concezioni che “funzionano” con altre più astruse • Nel secondo caso l’allievo forma una concezione scolastica parallela, utile per interrogazioni ed esami, mantenendo le sue concezioni ingenue (perché non impara)

24. Il Metodo scientifico • OSSERVAZIONE di un fenomeno naturale • IPOTESI sul fenomeno • Ideazione di un ESPERIMENTO che: • isoli il fenomeno • sia riproducibile • permetta di verificare o confutare l’ipotesi • deduzione di una LEGGE FISICA, scritta attraverso “il linguaggio della geometria e della matematica ” Galileo Galilei TFA Laboratorio di Fisica

25. “Non fidatevi troppo dei risultati di un esperimento, a meno che non siano confermati dalla teoria.”Sir Arthur Eddington

26. Il metodo scientifico Ipotesi non confermata