Insegnare fisica/Didattica tradizionale/Legge di Coulomb

Esperimento sulla validità della leggi di Coulomb

E' possibile dimostrare gli effetti della legge di Coulomb attraverso un esperimento sul ripiano di una lavagna luminosa. (Il calore fornito dallo strumento aiuta a mantenere secca l’aria, e ciò minimizza la perdita di carica nel corso della dimostrazione.) La scala graduata è fornita da un foglio di carta millimetrata trasparente appoggiato sul ripiano stesso. Il sistema fisico è formato da una palla di sughero sospesa a due fili in modo da poter oscillare lontano dalla posizione di equilibrio; tale spostamento è una misura della forza che agisce su di essa. Una seconda sfera è fissata all’estremità di una corta asta isolante infilata su un piccolo supporto di plastica trasparente che può essere spostato lungo il ripiano della lavagna luminosa. È possibile muovere il supporto, portando la sua sfera a diverse distanze dall’altra sfera appesa ai due fili. Le due sfere sono fissate in modo da essere piuttosto vicine al ripiano della lavagna luminosa, e sullo schermo appaiono le loro immagini, insieme a quella della carta millimetrata. L'effetto dell’inverso del quadrato può essere dimostrato in maniera precisa fino al momento in cui la piccola distanza tra le sfere provoca un’apprezzabile distorsione delle distribuzioni di carica a causa dell’induzione. Il dimezzarsi della forza può essere mostrato toccando una delle sfere cariche con una sfera identica scarica.

Nello sviluppare questo procedimento per gli studenti, è importante fargli notare che, in questo modo, la legge di Coulomb non è né derivata matematicamente né provata fisicamente. Ipotizzare la validità della legge sulla base dei fatti esposti prima si basa su questioni induttive e non deduttive, di fatto la sua validità si ipotizza dal fatto che è stata verificata in un gran numero di casi e di applicazioni nel corso della storia e dal fatto che non sia mai stato scoperto un caso in cui essa non si sia rivelata valida. Può essere illuminante far notare agli studenti anche gli sforzi che sono stati effettuati per la verifica dell'accuratezza della relazione dell'inverso del quadrato o di come, insieme alle legge di Coulomb, anche le leggi newtoniane del moto, la legge di gravitazione universale e le leggi di conservazione sono indotte piuttosto che derivate.

Interazione elettrostatica e terza legge di Newton

L'incontro con le forze elettrostatiche e magnetostatiche fornisce un'ottima occasione per riprendere i vecchi argomenti (terza legge di Newton), procedura fondamentale in didattica della fisica. Pensare che non sia necessario rispolverare il vecchio programma, magari perché "già affrontato in maniera fin troppo approfondita ed esaustiva", quasi sempre si tratta di un abbaglio. Sarà sufficiente mettere alla prova gli studenti con qualche esercizio per rendersene conto (purtroppo la ripetizione costante è inevitabile su molti fronti, quando si tratta di insegnare fisica).

Bibliografia

• (EN) Arnold B. Arons, Teaching introductory physics, New York, Wiley publication, 1997, pp. Chapter 6, ISBN 0-471-13707-3.