Far levitare un astronauta

Questa attività utilizza il potere dei magneti per aiutare i bambini ad imparare nozioni di magnetismo e il concetto di gravità.
Sarah Roberts, UNAWE
Goals

Gli studenti impareranno a conoscere le forze di attrazione e repulsione tra magneti, le forze di attrazione tra magneti e materiali magnetici, e impareranno che gli oggetti vengono spinti verso il basso a causa dell’attrazione gravitazionale tra essi e la Terra. Gli studenti diventeranno più pratici nel fare domande e nello studiare specifici modelli.

Learning Objectives
  • Gli studenti saranno in grado di spiegare che il magnetismo è una forza che può causare attrazione o repulsione in base all’orientazione e alla tipologia del materiale.
  • Saranno in grado di spiegare che la gravità è una forza che spinge gli oggetti verso la Terra (o verso altre masse) e che il magnetismo contrasta questa forza nel modello dell’astronauta.
  • Gli studenti osserveranno come, cambiando determinate condizioni, venga influenzato il modello che si andrà a realizzare.
  • Discuteranno a proposito della costruzione di modelli, il loro uso e i loro limiti.
Evaluation

In piccoli gruppi, chiedi agli studenti di discutere sui seguenti problemi. Chiedi ad alcuni di loro di presentare le proprie risposte alla classe e chiedi al resto della classe se concorda con le risposte presentate oppure se aggiungerebbe qualche altro punto importante.

  • Spiegare perché siamo tenuti a terra, mentre gli astronauti galleggiano nello spazio.
  • Prevedere che cosa accadrebbe se magneti fatti da materiali differenti venissero usati e perché.
  • Perché è importante costruire dei modelli e quali sono i punti di forza e i limiti dei modelli?
Materials
  • Magnete di neodimio
  • Clip
  • Quattro viti da 3 mm
  • Pezzo di legno (grande)
  • Due piccoli pezzi di legno
  • Gancio
  • Filo
  • Immagini di un astronauta

Background Information

Magnetismo:

I magneti sono oggetti solidi che hanno la capacità di attrarre materiali come il ferro, il cobalto e il nickel, insieme con diverse altre leghe. Tutti gli oggetti sono fatti di atomi, che sono costruiti da diverse particelle, compresi gli elettroni, carichi negativamente, che ruotano attorno al nucleo dell’atomo. Negli oggetti magnetici gli elettroni, almeno la maggior parte, ruotano nella stessa direzione attorno al nucleo. Questo è ciò che rende gli oggetti dei magneti. In ciascun oggetto magnetico ci sono diversi gruppi di atomi. Ciascun gruppo forma il suo dominio. I domini magnetici che puntano in direzioni opposte si cancellano a vicenda. Dall’altra parte, più i domini sono allineati tra loro (ovvero puntano nella stessa direzione), più il campo magnetico risulterà forte. Nei magneti, tutti o la maggior parte dei domini puntano nella stessa direzione e si combinano per creare un unico grande campo magnetico. Tutti i magneti hanno un polo sud e un polo nord; questo è dovuto all’allineamento dei domini. Poli opposti si attraggono tra loro e poli uguali si respingono. I magneti possono essere naturali o indotti. I magneti che creano il loro campo magnetico per tutto il tempo sono chiamati permanenti o magneti "duri". I magneti temporanei o magneti "morbidi" creano un campo magnetico per un breve periodo di tempo, dopo essere stati immersi in un altro campo magnetico. Il magnete naturale più forte è la magnetite. Se si strofina ripetutamente la magnetite su un pezzo di ferro in una direzione, anche il ferro si magnetizza (questo è il metodo con cui si creano le bussole). È essenzialmente lo stesso procedimento che si userà in questa esperienza per magnetizzare il neodimio.

Gravità:

La gravità è la forza che attrae tutti gli oggetti tra loro. Questo è il motivo per cui non cadiamo dalla Terra, sebbene sia rotonda. Inoltre, più l’oggetto è massivo, più sarà forte la forza di attrazione gravitazionale. Questo è il motivo per cui la gravità sulla Terra è più forte della gravità sulla Luna: le persone si sentono più leggere sulla Luna di ben sei volte. La ragione per cui agli astronauti nello spazio sembra di galleggiare è leggermente complesso: gli astronauti sperimentano la gravità quando orbitano attorno alla Terra o alla Luna. Tuttavia, dal momento che stanno orbitando attorno ad un pianeta, cadono costantemente verso il pianeta (come se cadessero giù da un palazzo ma non raggiungessero mai terra). Quando si è in caduta libera sembra che non ci sia la gravità, anche se c’è (potrebbe aiutare essere consapevoli che un comune errore sta nel credere che gli astronauti galleggino perché non sentono la gravità nello spazio).

Full Activity Description

La levitazione magnetica è un metodo con il quale un oggetto è sospeso senza supporto, ad eccezione del campo magnetico. La pressione magnetica è usata per contrastare l’effetto della gravità e di altre accelerazioni.

Passo 1:

Fissare il gancio all’interno di uno dei due piccoli pezzi di legno.

Passo 2:

Fissare il magnete di neodimio nell’altro piccolo pezzo di legno.

Passo 3:

Fissare una vite in ciascun angolo del pezzo di legno più grande.

Passo 4:

Unire i due pezzi piccoli di legno a quello più grande usando le viti inserite, per formare una cornice.

Step 5:

Legare il filo alla clip.

Passo 6:

Incollare la clip (ora con il filo attaccato) al retro dell’immagine dell’astronauta. Dopo di che incollare l’altra immagine dell’astronauta, in modo tale che la clip sia nascosta tra le due immagini.

Passo 7:

Unire il filo al gancio e sistemarlo in modo tale che l’astronauta non raggiunga il lato opposto della cornice (taglia un eventuale extra del filo).

Passo 8:

Chiedi agli studenti di pensare a cosa succederà quando l’astronauta verrà rilasciato e perché (Cadrà o galleggerà o succederà altro?). Assicurati che gli studenti discutano nel dettaglio l’idea di gravità e assicurati che gli studenti sappiano che cos’è la gravità.

Passo 9:

Lascia l’astronauta e osservalo galleggiare!

Dietro la costruzione dell’astronauta che levita:

Ora che hai costruito il tuo astronauta, fallo osservare attentamente agli studenti, fai domande sul fenomeno che stanno osservando e sperimentalo con l’apparato. Per esempio, potrebbero chiedere perché l’astronauta sta levitando o cosa accadrebbe se cambiassero l’orientazione dell’astronauta o se usassero materiali differenti. Puoi dividere gli studenti in piccoli gruppi per rispondere a queste domande insieme e condividere con loro le informazioni sul magnetismo e sulla gravità della sezione “Background information”. Puoi anche spingere gli studenti a discutere l’idea di costruire dei modelli. Punti di discussione suggeriti:

  • Che cos’è un modello? Perché è utile costruire modelli?
  • Qual è l’obiettivo di questo modello dell’astronauta?
  • Quali sono i punti di forza di questo modello? (Quanto è rappresentativo della realtà?)
  • Quali sono i limiti?
  • Come si può migliorare il modello?
Additional Information

Pericolo per i bambini:

Non lasciare che i bambini sotto i 14 anni giochino con i magneti e supervisiona sempre ogni bambino che gioca con i magneti. Se dei magneti vengono ingoiati possono rimanere bloccati nell’intestino e causare soffocamenti, lesioni potenzialmente mortali e potrebbe essere necessario un intervento chirurgico per rimuoverli. Se posti nei pressi di televisioni o computer potrebbero distorcere i colori dello schermo in modo permanente. Tenere i magneti più grandi fuori dalla portata dei bambini, come faresti con coltelli affilati o altri materiali pericolosi, poiché le dita potrebbero rimanere schiacciate tra due magneti potenti.

Schiacciamenti, bolle di sangue e tagli:

Quando grossi magneti sono posti molto vicino uno all’altro possono avere molto potere. Le dita possono essere velocemente schiacciate tra essi: si possono così formare bolle di sangue o tagli. Indossa guanti mentre usi dei grossi magneti e usa cautela. Per prima cosa bisognerebbe imparare a maneggiare magneti più piccoli. Non posizionare questi magneti nel naso o vicino alle orecchie poiché questi sono composti da tessuti morbidi che si comprimo dal momento che i magneti si attraggono l’un l’altro lungo il tessuto. Man mano che i magneti si avvicinano esercitano più forza che può danneggiare il tessuto.

Oggetti magneticamente sensibili:

I magneti di neodimio sono più forti dei magneti “ordinari”. Tenerli ad una distanza opportuna (più di 200 mm) l’uno dall’altro e anche da tutti quegli oggetti che possono essere rovinati dal magnetismo. Questi oggetti sono ad esempio orologi meccanici, pacemakers, monitors CRT e televisioni, carte di credito, dischetti e altri media conservati magneticamente come le videocassette.

Conclusion

L'attività dimostra i concetti di magnetismo e gravità in un modo divertente e coinvolgente.

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