Insegnare fisica/Didattica tradizionale/Nozioni introduttive: interazione elettrica ed elettricità da sfregamento

Distinguere le interazioni elettriche, magnetiche e gravitazionali

Molti studenti dei corsi introduttivi di fisica, a tutti i livelli, confondono in maniera grave sia i termini che gli effetti tra le interazioni elettriche, magnetiche e gravitazionali. Colloqui e problemi di verifica rivelano che essi non distinguono chiaramente tra gli effetti elettrostatici e magnetostatici, molti studenti dichiareranno che un polo nord magnetico respinge le cariche elettriche positive, molti altri si aspettano effetti irrilevanti, alcuni hanno l'impressione che la gravitazione sia un qualche tipo di fenomeno elettrico o magnetico.Solo pochissimi hanno avuto qualche esperienza diretta e pratica con i fenomeni in casi in cui si possano considerare contemporaneamente le diverse interazioni e si possano quindi confrontare esplicitamente le somiglianze e le differenze.

Questo aspetto dell’apprendimento e della comprensione viene citato non per proporre una discussione in classe di questo tipo prima delle esperienze che saranno delincate nei prossimi paragrafi, ma per meltere all'erta l’insegnante riguardo all’importanza di sollevare tale questione e di ritornarvi periodicamente, ogni volta che potranno essere aggiunte alla lista delle ulteriori distinzioni operative tra i fenomeni. Tenere a mente contemporaneamente i vari fenomeni arricchisce il contesto e migliora la comprensione della terminologia e la memorizzazione degli effetti.

Elettricità da sfregamento, interazione elettrica e carica elettrica

Molti studenti che non hanno osservato personalmente i fenomeni e le interazioni che conducono alla formazione del concetto di carica elettrica, ma semplicemente ne hanno sentito parlare sia a scuola che a casa, finiranno per intendere la carica in maniera errata, come "una sorta di sostanza invisibile che può essere sparsa sulle cose è può finire per gocciolare al di fuori di esse".

Come introdurre il concetto di forza elettrica

Per i motivi elencati sopra, lo studente dovrebbe essere introdotto sempre in maniera dettagliata ai principi chiave su cui si fonda il moto delle cariche elettriche, magari passando anche per gli eventi storici che hanno portato alle loro scoperte. Inoltre, sarebbe utile un'esperienza diretta dell'attrazione tra pezzettini di carta o di fibre da parte di un'asta o di un pettine di plastica caricato, perché non è detto che tutti gli studenti abbiano avuto questo tipo di esperienza in passato. Secondo quanto detto nel precedente paragrafo, essi dovrebbero contemporaneamente essere guidati a pensare alla gravità. Dovrebbero riuscire a spiegare che l’interazione in esame è diversa da quella gravitazionale in quanto la gravità non ha nulla a che fare con lo sfregamento degli oggetti e persiste senza essere alterata dagli effetti di strofinamento. Dovrebbe inoltre essere fatto notare come la forza elettrica sia più forte di quella gravitazionale, semplicemente spostando i pezzetti di carta verso l'alto e vincendo così la forza di gravità.

Come introdurre il concetto di carica elettrica

Andrebbe sottolineato in maniera esplicita che quando si parla di carica non si parla di una sostanza, ma bensì di una costruzione astratta. Questa differisce da una sostanza perché non "cola via" dall'oggetto, è trasferibile da un oggetto all'altro per contatto, è mobile in particolari mezzi, e così via. E' astratta perché ancora non ne conosciamo la natura, esattamente per quanto avviene con la gravità.

Esperimenti elettrostatici a casa

E' possibile far eseguire degli esperimenti a casa utili e convenienti che finiscono per rivelarsi attraenti per molti studenti, specialmente se è fornita loro una guida adeguata.

La chiave di tale esperimenti elettrostatici è un comune nastro adesivo trasparente. Se una striscia di nastro adesivo lunga alcuni centimetri si attacca qualunque superficie levigata e asciutta, e poi viene staccata velocemente, essa risulta essere carica. Se una di queste strisce di nastro viene attaccata sul retro di un'altra e il doppio nastro adesivo è a sua volta attaccato su una superficie levigata e poi levato via, quando i due pezzi di nastro vengono divisi, risultano caricati in maniera opposta. Un’estremità di un nastro adesivo carico di questo genere può essere attaccata a qualche supporto che si trovi a portata di mano (per esempio il bordo del tavolo, la parte inferiore di un coprilampada, l’asse dello schienale di una sedia ecc.), e la striscia sospesa diventa quindi una foglia di elettroscopio che può essere osservata reagire in presenza di altri oggetti carichi. Se le due strisce di nastro con cariche opposte vengono appese non lontano l’una dall'altra, si sono ottenute due strisce di riferimento capaci di interagire con la carica di altri oggetti, e quindi di metterla in evidenza. In una lezione dimostrativa sperimentale si potrebbe mostrare agli studenti come preparare questi elettroscopi e come procedere nel condurre una ricerca sull’interazione degli oggetti carichi.

Bibliografia

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