"Dagli astronomi alle astronavi"

--La Sfera Celeste (1 - 2)
--Le meridiane (2a)
--Le stagioni dell'anno (3)
--La Luna e la sua esplorazione (4 - 4b)
--Latitudine, longitudine e navigazione (5 - 5a)
--I calendari (6)
--Cristoforo Colombo e la forma e le dimensioni della Terra (8)
--La distanza dell'orizzonte (8a)
--La parallasse (8b)
--Come gli antichi Greci trovarono la distanza della Luna (8c)
--Perché Aristarco concluse che il Sole e non la Terra era il centro (9a)
--Copernico e Galileo (9c)
--Keplero e le sue leggi (10) (+ ulteriori discussioni sulle leggi, 10a - 12a)

--La caduta libera degli oggetti (13)
--I vettori (14)
--La massa (e la sua misura in assenza di gravità) (17 - 17b)
--La "Gravitazione Universale" di Newton (20, inclusa la storia della mela)
--Sistemi di riferimento (22)
--Sistemi di riferimento, applicazione al volo di un aereo (22c)
--Sistemi di riferimento e la forza centrifuga (23 - 23a)

--La luce del Sole sulla Terra, le cause della meteorologia e del clima (S1 - S1B)
--Gli strati del Sole (S2)
--Il magnetismo e le macchie solari (S3)
--I colori della luce solare, inclusi lo spettro, le onde e-m e i fotoni (S4 - S5)
--L'osservazione del Sole nella banda dei raggi X, ecc. (S6)
--L'energia del Sole dalla fusione nucleare, il destino finale del Sole (S7)

--Un buco nero al centro della nostra galassia (S7A)
--L'energia dalla fissione nucleare (S8)
--Le armi nucleari (S9)

--Il principio del razzo (25)
--La storia di Robert H. Goddard (26)
--La storia dei voli spaziali (27 - 29)
--I tipi e l'uso delle sonde senza equipaggio umano (29a - 29e)
--Metodi poco usuali per il volo spaziale (30 - 33)
--Le orbite, incluse quelle di veicoli spaziali sospesi tra la Terra e il Sole (34 - 34c)
--La "fionda gravitazionale", l'ulteriore spinta per l'incontro con pianeti in moto (35)

--Come costruire una meridiana con il cartoncino (#2a)
--Il bastone di Giacobbe, uno strumento di astronomi e naviganti prima dell'invenzione del telescopio (#5b)
--Come stimare le distanze all'esterno usando solo il pollice a braccio teso (#8b)
--Gli esperimenti di caduta libera di Galileo (#13)
--Equilibrio inerziale, usando la lama di un seghetto a mano (#17b)
--Come disegnare le linee del campo magnetico interplanetario (#S-3A)
--Mischiare i colori (#S-4, S-4A)

Come usare questo materiale

    Come si può usare questo materiale nel migliore dei modi? Per svolgere tutti gli argomenti del materiale "Dagli astronomi..." potrebbero occorrere parecchi anni, per cui molti insegnanti probabilmente selezioneranno soltanto alcune unità.

    Il file prospect.htm non solo descrive e collega tra loro i siti principali, ma elenca anche e descrive oltre 85 argomenti specifici, con il collegamento al rispettivo file. Inoltre la lista qui sotto evidenzia le parti relative ai vari corsi. Se qualche argomento vi sembra interessante, consultate direttamente il relativo file Web.

    Per un corso di Astronomia si possono scegliere le sezioni da #1 a #8-c, (omettendo #4-b e #5-b), e quindi eventualmente #9-a, #9-c e #10, con qualche brano preso dalle sezioni da #10-a a #12-a, e poi #S-2, S-3, S-6, S-7 e S-7a e infine da #25 a #29-c. Frank Lock che insegna scienze in un liceo a Lakewood, in Florida, ha organizzato e collaudato un corso basato su una scelta simile a questa, con una solida metodologia pedagogica.

    Gli insegnanti di Fisica potrebbero gradire la sezione sulla meccanica newtoniana, comprese delle interessanti applicazioni sulla fisica dello spazio, e inoltre le sezioni sulle leggi di Keplero, sulla luce e i fotoni (#S-4 and S-5), sull'energia nucleare (da #S-7 a #S-9), e magari anche le sezioni #25, #35 e #35a. Potranno anche trovare del materiale sul magnetismo nel "The Great Magnet" (in inglese) e sugli ioni, elettroni e plasma in "Exploration".

    Gli insegnanti di Scienze della Terra potranno usare le sezioni da #S-1 a #S-1b sul tempo meteorologico e sul clima, oltre alle sezioni sulla fisica dello spazio. Inoltre, "The Great Magnet" ha una sezione dedicata alle inversioni magnetiche e alla tettonica a placche, e "Exploration", tra le altre cose, ha un lungo file Web, autoconsistente, intitolato "I segreti delle aurore polari".

Un ulteriore uso

    Ecco quindi un'opportunità per consentire a questi studenti "bravi" di esplorare del materiale supplementare, riguardante le lezioni non ancora svolte in classe. Consigliate loro di consultare gli argomenti riguardanti la precessione degli equinozi, le librazioni della Luna (dopo aver imparato le leggi di Keplero), i dettagli sul volo di un aeroplano, il modo di ricavare la distanza Terra-Sole dal transito di Venere, il calcolo di un'orbita per un volo verso Marte (oppure verso uno dei punti lagrangiani, in cui sembra che un veicolo spaziale rimanga "sospeso nello spazio"), oppure riguardanti il Sole, considerato come fonte di energia nucleare.

Altre parti di "Dagli astronomi..."

    "Dagli astronomi alle astronavi" contiene un gran numero di file su argomenti di supporto al materiale. Essi includono

    ----"Un ripasso di matematica", un rapido corso a sé stante, relativo ad algebra, trigonometria, con alcuni esercizi.

    ----Un insieme di 42 programmi di lezioni relativamente agli argomenti principali (da notare che questi programmi, scritti nel 1999, non includono argomenti aggiunti più di recente). Ognuno elenca i file usati, una lista di obiettivi, le nuove terminologie introdotte, aneddoti e varie, e inoltre dei suggerimenti su come introdurre l'argomento, domande e risposte, esempi da presentare in classe e aggiunte opzionali.

    ----Una sezione di guida per gli insegnanti, e un'altra in relazione ai "National Education Standards" degli Stati Uniti. Vi è anche riportato l'articolo "Using Space to Teach Physics" (Come usare lo spazio per insegnare la fisica), dove vengono esposte le idee che hanno portato alla realizzazione del sito "Dagli astronomi..."-- l'uso delle esplorazioni spaziali, aneddoti storici, applicazioni della tecnologia, e legami con la società e la cultura contemporanee. L'articolo era stato pubblicato sul numero di febbraio 1999 della rivista "The Physics Teacher".

    ----Un glossario, a due livelli. Vi è prima una lista di tutti i termini: facendo clic su uno di essi viene mostrata la relativa definizione. Facendo poi clic sul termine nella lista delle definizioni si arriva alla sezione di "Dagli astronomi..." dove quel termine è introdotto o trattato.

    ----Una cronologia, in due colori, che arriva fino al 2004. Gli eventi citati nel sito "Dagli astronomi..." sono mostrati in rosso, e facendo clic su uno di essi (come per il glossario) si arriva all'argomento pertinente. Le date in nero, in mezzo a quelle in rosso, si riferiscono alla storia della società e della tecnologia. Mentre gli studenti procedono nello studio delle scienze, essi si rendono anche conto del contesto più generale degli eventi umani. Come sottoprodotto, questa cronologia può forse suscitare ulteriori interessi relativamente alla storia generale dell'umanità.

    --Due raccolte di problemi, che riguardano tutto il materiale. Le soluzioni non si trovano su Internet, ma sono riportate sul disco principale degli insegnanti. Dal momento che alcuni problemi potrebbero essere usati per i compiti a casa o per gli esami, gli insegnanti sono pregati di non copiare le soluzioni su calcolatori accessibili a tutti, e non distribuirle in giro, tranne che ad altri insegnanti che rispetteranno le stesse restrizioni.

    ----Una lista di domande (e risposte) poste dagli utenti. Attualmente sono 135 e continuano a crescere. Circa una o due domande arrivano giornalmente da parte di utenti (i tre siti Web contano circa 500^.000 accessi al mese) e le domande che possono interessare un ampio numero di persone sono state riportate qui.

    ----Traduzioni dei principali file in spagnolo (per lo più eseguite da J. Mendez di Algorta, Spagna), in francese (del Dr. Guy Batteur di Bethune, Francia), e in italiano (di Giuliano Pinto di Roma, Italia). Potrebbero aggiungersi delle traduzioni in altre lingue.

Altro materiale su questo disco

1. La pagina Web prospect.htm con il collegamento alla pagina principale del sito "Dagli astronomi...", alle altre due raccolte (ved. sotto), e alle pagine iniziali delle loro sezioni principali. Inoltre riporta l'elenco degli oltre 85 argomenti trattati, con i collegamenti ai file relativi a ciascun argomento.

2. Le soluzioni delle due raccolte di problemi relativi a "Dagli astronomi...", in formato RTF (Rich Text Format). Per consentire l'uso dei problemi per i compiti a casa e gli esami, questi file sono riservati ai soli insegnanti e non devono essere copiati su calcolatori accessibili a tutti.

3. "Programma per un corso di 3-4 settimane sul magnetismo terrestre a livello liceale", che è la traccia di un corso basato sul materiale de "Il Grande Magnete, la Terra" (ved. più avanti).
   (Se state consultando questo file su Internet, tenete presente che i tre file qui sotto possono essere anche raggiunti da questo sito).

4. Una pagina Web standard.htm che contiene una proposta di corso di diploma K-12 in fisica, scienza dello spazio e scienza della Terra. Questa proposta fu presentata allo stato del Maryland, ma non fu adottata.

5. Due pagine Web di approfondimenti su argomenti di matematica:
   • (a) roman.htm sul metodo usato dagli antichi Romani e da altre antiche civiltà per moltiplicare due numeri tra loro, anche se non usavano il sistema decimale. I Romani non sapevano per quale ragione il metodo funzionasse, e in realtà il metodo è connesso con la rappresentazione binaria dei numeri.

   • (b) confract.htm, sulle frazioni continue. Le frazioni decimali possono rappresentare qualsiasi numero con la desiderata accuratezza, includendo un opportuno numero di cifre decimali. Le frazioni continue ottengono lo stesso scopo per le frazioni ordinarie.

6. Una copia di questo file.

    Sono brevemente descritte più avanti due trattazioni in linguaggio non matematico, disponibili sul disco (e anche su Internet). Esse riguardano principalmente il magnetismo sulla Terra e nello spazio. Si tratta di materiale meno voluminoso rispetto a "Dagli astronomi...", ma tuttavia contiene delle sezioni di guida per gli insegnanti, glossari, cronologie, raccolte di domande e risposte, e traduzioni.

    Una panoramica storica, senza riferimenti matematici, sul magnetismo terresstre, scritta per il 400^o anniversario della pubblicazione del "De Magnete" di William Gilbert. Vi è una doppia recensione del libro, oltre ad inquadrarlo nel suo contesto storico.

    Segue poi una discussione sul lavoro svolto da Halley e Coulomb, sull'elettromagnetismo e la sua scoperta da parte di Oersted, sulle calamite, gli effetti magnetici, il magnetismo solare, la teoria della dinamo, le proprietà magnetiche del fondo oceanico, la tettonica a placche, e la magnetosfera della Terra e dei pianeti. Vi è anche una lunga trattazione scientifica "Un millennio di geomagnetismo", un dettagliato articolo sul modo di insegnare il magnetismo nelle scuole superiori, e le traduzioni in spagnolo, tedesco e francese (è in preparazione una traduzione in polacco).

Dove può essere usato nelle scuole:

    Viene descritta una unità di 4 settimane sul magnetismo terretre e potrebbe essere inclusa in un corso, senza contenuti di matematica, sulle scienze della Terra. Verrebbero discussi la bussola magnetica, l'interno della Terra, l'inversione del campo magnetico e la tettonica a placche, scoperta inizialmente tramite le proprietà magnetiche del fondo oceanico. Come valido sottoprodotto, questo corso può anche fornire una base per la comprensione del magnetismo-- un argomento spesso non svolto nei corsi di fisica di liceo e quindi trascurato.

    L'unità include una copia dell'articolo "Teaching Geomagnetism in an Earth Sciences Class" (Come insegnare il geomagnetismo in un corso di scienze della Terra), non pubblicato, e una lunga conferenza, tenuta davanti alla "National Association of Science Teachers" sul modo di organizzare questo tipo di corsi. Se state consultando questo file direttamente sul disco, troverete che vi è anche una traccia di un corso del genere, in formato RTF (Rich Text Format).

    Una sezione "A proposito dei magnetometri elettronici e del fumo di tabacco" contiene una interessante storia di un esperimento condotto dal Dott. David Cohen dell'MIT.

    Vengono descritti due rapidi esperimenti dimostrativi-- l'esperimento di Gilbert sull'induzione magnetica e l'esperimento di Oersted sul magnetismo provocato da una corrente elettrica.

Ecco che cosa contiene:

    Lo scopo principale di questa raccolta di file Web è quello di mostrare a persone non di estrazione scientifica uno dei temi della ricerca spaziale, quello cioè dello studio dell'ambiente magnetico della Terra nello spazio. Non vi è alcun linguaggio matematico e non sono richieste conoscenze precedenti, e tuttavia vi sono abbondanti dettagli. Scritte da un ricercatore attivo in questo campo, queste pagine coprono molti aspetti storici e arrivano fino alle conquiste recenti. Si è data importanza soprattutto alla comprensione dei concetti, e vengono fornite alcune informazioni generali relativamente a elettroni, ioni e al loro moto nello spazio, plasmi ed energia.

    Contiene circa 80 file, con illustrazioni, oltre a una versione in spagnolo e una in francese (incompleta). Vi è anche un glossario, una cronologia, una raccolta di domande e risposte, una guida per gli insegnanti, un panorama storico, e due articoli: "Birth of a Radiation Belt" e "Secrets of the Polar Aurora".

Dove può essere usato nelle scuole:

    Contiene alcune nozioni generali di fisica dei campi magnetici, inclusa la storia dell'esperimento di Oersted (con la spiegazione per ripeterlo in classe), e sulle onde elettromagnetiche.

    Gli studenti possono esere introdotti ai concetti di elettroni, ioni e plasmi, con una discussione sulle lampade fluorescenti come esempio di un plasma (è anche spiegata l'origine della parola "plasma").

    Include alcune sezioni sul Sole e le macchie solari, la storia della scoperta del ciclo delle macchie solari, e la scoperta delle fasce di radiazione da parte dei primi satelliti americani. Oltre poi al lungo articolo, a sé stante, "Secrets of the Polar Aurora" (I segreti delle aurore polari) (ved. sopra), contiene anche alcune sezioni riguardanti la meteorologia spaziale e le tempeste magnetiche.