MISSIONE SU MARTE

Lancio di un razzo

 

Diario di Bordo

 

L’attività viene svolta nella classe terza S indirizzo scientifico tecnologico della scuola secondaria di 2° grado- Liceo Regina  Margherita di Salerno.

La classe è formata da 13 alunni, 5 ragazze e 8 ragazzi. Il livello è più che sufficiente. Gli alunni partecipano in maniera attiva e proficua al lavoro scolastico e  frequentando uno scientifico tecnologico sono abituati a svolgere attività di laboratorio

 

Per la realizzazione di questo esperimento sono state svolte le seguenti esperienze considerate come prerequisiti:

  • reazioni di scambio semplice e di sintesi;

  • reazioni esoergoniche ed endoergoniche.

Nella  prima esperienza sono state eseguite: una  prova di decomposizione ( 2HgO →    2Hg + O2 ), una reazione di combustione ( 2Mg + O2→ 2MgO ) ed una reazione di scambio semplice ( CuSO4 + Zn→ ZnSO4 + Cu ). Sono state scelte queste esperienze per poter, poi, fare un confronto con le reazioni dello stesso tipo  che saranno svolte successivamente ( reazione  di scambio semplice tra acido cloridrico e zinco,  reazione di combustione tra idrogeno ed ossigeno dell’aria ).   

Nella seconda esperienza sono state eseguite trasformazioni esotermiche ed endotermiche. L’obiettivo di questi esperimenti è stato quello di verificare lo sviluppo o l’assorbimento di calore che si verifica durante le trasformazioni, e, a questo scopo, sono state sciolte in una stessa quantità di acqua 0,1 moli di diverse sostanze ioniche ( NaCl, NaOH, NH4Cl )per confrontarne l’effetto termico e confrontare tale effetto con quello della combustione  da effettuare nella esperienza lancio di un razzo.

 

Prerequisiti

Fisica :            Il terzo principio della dinamica-  Il moto di un proiettile- Quantità di moto e principio di conservazione della quantità di moto.

Chimica:        Reazioni di sintesi e di scambio semplice-  Reazioni endotermiche ed esotermiche-    

Matematica:  equazioni-sistemi di equazioni-geometria euclidea-geometria analitica

 

Sono stati svolti a cura dei singoli docenti gli argomenti ritenuti prerequisiti necessari per lo svolgimento dell’esperienza e successivamente sono state somministrate le domande del test di ingresso  a risposta multipla (allegato). Il  tempo concesso per la risoluzione del test è stato  di 20 minuti.

 

Commento agli esiti del test di ingresso  (1 ora)

(vedere allegato analisi risultati)

Dall’analisi dei risultati, ritenuti dai docenti soddisfacenti, si evince   che tutti gli alunni  hanno raggiunto la sufficienza e precisamente :

2 alunni hanno ottenuto un punteggio di 14/24,

3 alunni un punteggio 18/24,

6 alunni un punteggio di 20/24

e 2 alunni il punteggio di 22/24.

Un dato rilevante  riguarda la  risposta errata  alla seconda domanda di chimica  data da tutti gli alunni in quanto non hanno potuto disporre della tabella delle serie di reattività.

 

Attività di brain-storming  ( 2 ore)

Successivamente è stato letto, in compresenza con l’insegnante di lingua,  l’articolo in inglese  tratto da The Observer del 27/01/2008 di Paul Harris  “ US warns out-off-control spy satellite is plunging to Earth “  (come da allegato), che è servito da stimolo all’attività di brain-storming. Con l’uso del dizionario e con l’aiuto dell’insegnate di lingua sono stati chiariti i significati dei termini non noti. Iniziata  la discussione i ragazzi hanno posto, in inglese ed in italiano, alcune domande inerenti l’argomento, che sono state integrate dalla spiegazione dei docenti. 

 

Domande poste dagli allievi.

  • Quali combustibili non inquinanti si possono usare?

 

  • Quali sono gli effetti della radioattività?

 

  • Quali sostanze possono provocare una spinta tanto forte?

 

  • Per creare la propulsione usiamo dei reagenti; è importante la velocità di reazione?

 

La discussione è incentrata soprattutto sull’uso del nucleare e sui devastanti danni di esso sull’organismo. Gli alunni si sono mostrati molto interessati  ed hanno espresso le loro valutazioni anche sulle scelte politiche inerenti l’uso delle energie alternative.

 

Attività di laboratorio (3 ore)

È stata svolta in compresenza ( docenti di Inglese, fisica, matematica e chimica)  l’esperienza,  dal punto di vista  qualitativo.  In questa prima fase  gli alunni hanno osservato  e non sono stati operativi. L’esperienza (vedi allegato)  in questo caso ha preceduto le spiegazioni teoriche. Questa modalità, per noi insegnati innovativa, è sembrata proficua e stimolante. Inizialmente sono state rivolte  agli alunni le seguenti domande stimolo:

 

Domande stimolo:

  • Quali sono le differenze tra i seguenti veicoli: automobile, aereo, razzo?

  • Perché un’automobile sul ghiaccio liscio non si muove, un aereo non può volare nel vuoto, il razzo invece può  muoversi anche nello  spazio vuoto?

  • Quali sono i combustibili per il lancio di un razzo?

  • Per quale motivo è necessaria una spinta assai elevata per il lancio?

  • Come fa un razzo a continuare a volare nello spazio interplanetario dopo il lancio?

  •  I fenomeni possono essere studiati solo in laboratorio?

  • È possibile usando strumenti matematici prevedere il verificarsi di fenomeni e la loro evoluzione?

 

E’ emersa una  ampia discussione da cui è risultato  che gli alunni conoscevano gia alcuni argomenti (velocità di fuga,  legge di gravitazione universale, sistema isolato), per gli altri opportunamente guidati, sono arrivati  alle  corrette spiegazioni.

Gli alunni hanno potuto notare durante l’esecuzione dell’esperienza  che con l’uso della provetta di vetro il razzo non si sollevava dalla pista di lancio  osservando l’importanza della differenza di peso rispetto alla provetta di plastica nella riuscita dell’esperienza. Alcuni alunni hanno proposto di aumentare la quantità di idrogeno prodotta o la tensione di alimentazione.

Altri alunni si sono riproposti di costruire il razzo con materiale ancora più  leggero e di renderlo più aerodinamico con  l’uso di alette.

Abbiamo registrato le seguenti domande

  • Quando il razzo si muove nello spazio è possibile dare una direzione dalla Terra?

  • E’ possibile liberare l’idrogeno utilizzando lo zinco? Potremmo usare altri metalli? Sarebbe possibile usare qualcosa di diverso da un acido come HCl?

  • Potremmo usare una pila come alimentazione?

  • Perché, in base alle due forze che agiscono sul razzo (forza di gravità e forza del propellente) la direzione è una parabola?

  • L’idrogeno e l’ossigeno sono allo stato liquido o aeriforme nei serbatoi? A quali pressioni si trovano?

  • L’idrogeno potrebbe esplodere?

  • Il modello matematico tiene conto delle variabili ambientali?

Alcuni dubbi sono stati chiariti sul momento , mentre altre spiegazioni  sono state date nelle lezioni  teoriche svolte dai singoli docenti successivamente.

 

Lettura dell’esperienza in lingua inglese  (1 ora)

 

All’attività di laboratorio è seguita la lettura in compresenza di tutti i docenti dell’esperienza in inglese  riportata sul TsiE  con chiarimenti dei termini non noti. Alcuni alunni sono stati invitati  a ripetere in lingua  l’esperienza per consolidarne le conoscenze

 

Lezioni teoriche ( 2 ore per ogni docente)

Sono state svolte in classe le seguenti lezioni teoriche :

Fisica :  il principio fisico ed il moto di un razzo,  il circuito elettrico e l’effetto Joule)

Matematica :  la costruzione di modelli per studiare  fenomeni

Chimica : le combustioni, l’energia di attivazione)

 

Seconda attività di laboratorio ( 3 ore)

E’ stata ripetuta l’esperienza con un razzo preparato  dagli alunni e con un razzo acquistato in un negozio di giocattoli. Sono state eseguite misure della variazione di entalpia della reazione di combustione dell’idrogeno, è stata fatta una ricerca sul testo  dell’energia necessaria per rompere i legami dell’idrogeno  ed è stata misurata l’energia prodotta dal riscaldamento della resistenza. Siamo passati, quindi, dal livello qualitativo a quello quantitativo.

Avendo osservato  il mancato sollevamento del razzo gli alunni sono stati invitati a  dare delle possibili spiegazioni  del fenomeno: un’alunna ha  pensato che potesse essere dovuto alla mancanza di ossigeno essendo il razzo aderente alla base di lancio, un altro alunno ha notato che il razzo toccando il filo incandescente  si è bruciato ed è rimasto sulla base. Sono state fatte ulteriori prove con diverse quantità di reagenti e diverso voltaggio.

Per effettuare un confronto che potesse dare loro soddisfazione abbiamo effettuato il lancio del razzo usando  la reazione tra bicarbonato di sodio e aceto  con produzione di gas.  Si è evidenziata la differenza nella causa della spinta  dovuta questa volta alla produzione di gas e non all’energia prodotta da una reazione esotermica.

 

Osservazioni

Gli allievi hanno realizzato, per la matematica, che essa non è solo un insieme di equazioni o di regole, ma un potente strumento descrittivo ed anche previsionale della realtà e questo li motiverà sicuramente di più nello studio della disciplina.

La compresenza e la discussione integrata li hanno stimolati nel lavoro cooperativo ed hanno rafforzato l’interdisciplinarietà; essi  potevano porre domande a 360 gradi poiché erano presenti più docenti e le risposte potevano integrarsi ed affrontare i vari aspetti sollevati dalla domanda, quindi essere più esaurienti. La difficoltà più grossa è stata la pianificazione delle compresenze, che però può essere superata

 

Prova di verifica finale ( 1 ora) (allegato)

Abbiamo preparato con l’aiuto  del docente di inglese il test  finale in lingua inglese ed è stato somministrato agli alunni.

(vedere allegato analisi risultati )

I risultati sono stati positivi infatti  tutti gli alunni hanno ottenuto la  sufficienza e oltre  ad aver verificato  l’acquisizione dei contenuti si è verificata la comprensione della lingua straniera  e  la capacità di esprimersi con essa  utilizzando  un linguaggio specifico.

 

      Relazione finale  

Gli alunni sono stati invitati a preparare una relazione finale sull’esperienza in inglese.