VARIABILI elicottero

Le cose che cambiano o che si possono cambiare si chiamano variabili.

Ora abbiamo un "elicottero che non vola". Esso è composto da un asse di legno orizzontale, il rotore, che si può infilare al centro in un pedale stretto tra due tavolette di legno inchiodate ad una base. Il rotore si può così mettere in rotazione con una spinta o meglio caricandolo con un elastico e poi rilasciandolo.

Vediamo come funziona la carica.

Dopo aver fatto una prova ci siamo accorti che l'elicottero fa molti giri e va veloce all'inizio e poi rallenta sempre di più fino a fermarsi.

Quali sono le variabili dell'elicottero?

Cosa può cambiare? Cosa può essere cambiato?

I bambini individuano subito la velocità, la carica dell'elastico. Aggiungono poi la durata della rotazione.

Come si possono misurare? per la carica i bambini propongono di contare i giri (es. uno, due, tre giri di carica). Per la velocità come fare? Più facile misurare la durata, con l'orologio.

Faccio presente che in una stessa durata potrebbero esserci tante o poche rotazioni: "noi diciamo che il rotore ruota velocemente se fa molti giri in un certo tempo, o che va lentamentese, se fa pochi giri nello stesso tempo; ma la velocità è una variabile diversa dalla durata. Inoltre la velocità è diversa all'inizio e alla fine. Quindi non conviene cercare di misurarla. Meglio misurare la variabile durata con l'oroogio.

Ma c'è qualcos'altro che possiamo misurare. Perché chiedete di ripetere il gioco con due giri di carica anzichè con uno solo?"

"Perché vogliamo che continui a girare per più tempo!"
"Perché deve andare più veloce"
"Perché deve fare tanti giri"

"Ok, qual è la variabile che non abbiamo ancora inserito? la velocità? il tempo di durata?..."

"i giri!"

"bene. Come misuriamo 'i giri'?"

"li contiamo!"

"Proviamo allora..." I bambini hanno provato a contare i giri, ma qualcuno contava ad ogni passaggio di ciascuna estremità del rotore, altri cercavano di seguire un giro completo, ma questo era difficile specialmente all'inizio, quando il rotore girava rapidamente. Quindi abbiamo attaccato un pezzo di adesivo giallo vivo ad una sola estremità, quella rivolta verso i bambini, che avrebbero così contato solo i passaggi di quella singola estremità. Il risultato mostrato dal seguente video è soddisfacente.

Abbiamo ora diverse variabili che elenco sulla lavagna in due colonne distinte, e chiedo perché alcune siano state scritte a sinistra e altre a destra.

giri di carica Numero di giri

Velocità

Durata rotazione

"Perché i giri di carica sono fatti da noi, mentre le altre cose le fa l'elicottero".

"Bene, quindi quali sono variabili in ingresso e quali in uscita?"

Dopo breve discussione i bambini concordano che le variabili in uscita sono il numero di giri, la velocità e la durata, mentre la carica è una variabile in ingresso"

"Infatti. Quelle a sinistra sono in ingresso, quelle a destra sono variabili in uscita. Secondo voi, ci sono altre variabili in ingresso? vedete questo sacchetto (mostro un saccehtto pieno di elastici)"

"Possiamo mettere più elastici?"

"Certamente, oppure mettere elastici più lunghi, più corti, ecc."

"Ma prima un'altra domanda: secondo voi ripetendo la prova nuovamente con un giro di carica otterremo gli stessi giri in uscita?" La risposta unanime è stata "siiiii!"... Ma è proprio vero?

Abbiamo effettuato diverse prove vedendo che invece il rotore non ritornava esattamente nella stessa posizione nelle prove succcessive, con differenze che superavano anche mezzo giro tra una prova e l'altra. Abbiamo quindi iniziato a osservare più in dettaglio tutte le fasi preparatorie: Il modo in cui si avvolgeva l'elastico, con o senza sovrapposizioni, la rotazione oraria o antioraria della carica, per arrivare all'attorcigliamento dell'elastico e infine a segnare con un pennarello le due estremità da agganciare per essere certi che le due parti dell'elastico fossero sempre distese allo stesso modo in tutte le prove.

Tutti questi dettagli e accorgimenti sono stati molto utili per affinare la capacità di osservazione dei bambini. Il loro risultato ha portato a un miglioramento della riproducibilità, un nuovo concetto molto importante che riguarda il controllo delle variabili. In effetti controllando un maggior numero di variabili siamo riusciti a ridurre le differenze tra le prove successive, ma non ad eliminarle del tutto. Un principio che è emerso è che quando un fenomeno è complesso, cioè dipendente da tante variabili, è praticamente impossibile riuscire a riprodurlo perfettamente identico. Come esempio abbiamo preso l'aumento di peso dei bambini con lo sviluppo. Se prendiamo due bambini che pesano ugualmente e aventi la stessa altezza, dopo un anno peseranno ancora ugualmente? Certamente no. E se facciamo in modo che mangino sempre e solo alla mensa della scuola e sempre le stesse cose? Ancora una volta la risposta è negativa. La classe ha proposto molti accorgimenti, pensabili e non, per ottenere uno sviluppo più possibile simile dei due bambini, compreso quello di partire da due gemelli, con ciò dimostrando di aver colto l'essenza del problema.

Ora che abbiamo imparato a migliorare la riproducibilità possiamo passare a cambiare una variabile.

I bambini sanno già che si deve cambiare una sola variabile alla volta, lasciando invariate le altre. Il video seguenti mostrano il risultato ottenuto con due elastici uguali e un solo giro di carica. Nel primo abbiamo contato quasi sei giri, saltandone uno però, perché all'inizio la rotazione è molto rapida.

Ora passiamo all'altra variabile in ingresso: la lunghezza dell'elastico. "Nel sacchetto ci sono elastici di molte lunghezze diverse. Se ne prendiamo uno più corto che succederà?" La maggior parte dei bambini rispondono che l'elicottero farà meno giri.

invece di tirare a indovinare, passiamo alla progettazione della parte sperimentale. Dobbiamo fare una prova con l'elastico lungo che abbiamo usato finora e una con l'elastico corto. "Quanti giri di carica utilizziamo? con quanti elastici?" i bambini propongono di usare un elastico e un solo giro di carica in entrambi i casi.

Questo è un altro principio fondamentale del controllo delle variabili: nel controllare una data variabile le prove devono differire solamente per la variabile controllata, mentre le altre devono essere tenute costanti.

Il risultato degli esperimenti emergeva già nel caricare l'elicottero: l'elastico più corto era molto più teso di quello lungo e anche con un solo giro imprimeva una velocità di rotazione tale che era praticamente impossibile contare i giri.

I risultati sono stati raccolti alla lavagna (L.E. = lunghezza elastico).

I bambini curiosoni mi chiedono a cosa servono le batterie tutte uguali che stanno nello scatolone dell'elicottero. Qualcuno ipotizza che servano per azionare l'elicottero, ma io mostro che tutte le batterie sono scariche. Esse servono solo per aggiungere altre variabili. Con egli elastici possono essere inserite sul rotore, a coppie ed equidistanti dal centro.

Abbiamo quindi altre variabili: il numero di batterie aggiunte sul braccio. Dopo averne messe due chiedo ai bambini se ora l'elicottero farà più o meno giri. Essi sono divisi: alcuni pensano che il maggior peso farà mantenere più a lungo la rotazione, altri che invece farà meno giri, per la stessa ragione. L'esperimento ha dato ragione ai secondi.

Passiamo a verificare ora la distanza delle batterie dal centro. In questo caso si vede che avvicinando le batterie al centro il numero di giri si riavvicina al valore che si aveva senza pesi extra. Qualche bambino ipotizza che se le batterie fossero messe esattamente al centro, il moto non sarebbe più rallentato. È una buona intuizione, da provare disponendo due batterie una sull'altra giusto al centro, ma si vede che non si torna proprio al numero di giri atteso. Per far vedere che il peso ha un effetto, pur piccolo, anche quando è posto al centro, ripetiamo l'esperimento premendo con un dito sul centro della rotazione. Il dito che preme è come un peso. Premendo abbastanza si può anche impedire al rotore di partire. Questo è l'effetto del peso! Rilasciandolo gradualmente si può regolare la velocità di rotazione. Premendo alle estremità dei bracci basta anche solo sfiorarli per bloccare la rotazione. Quindi la distanza dei pesi dal centro è un'altra variabile in ingresso importante. Come funzionano i freni della bicicletta?

C'è qualcosa che potrebbe essere cambiato dell'elicottero ma non abbiamo mai modificato negli esperimenti?

Il braccio rotante: la sua lunghezza, il materiale (legno), lo spessore ecc.

Le variabili che sono mantenute sempre uguali si chiamano costanti.

L'immagine seguente riassume tutte le variabili trovate.