Isaac Newton non l'avrebbe mai immaginato

Gli studenti creano e viaggiano su hovercraft per apprendere le leggi del movimento

Cedar Springs – Mentre il soffiatore prendeva vita ruggendo, Nikko Munoz si mise una mano sulla bocca per soffocare un piccolo grido di sorpresa e risate. In pochi secondi, l'aggeggio su cui era seduta si sollevò da terra e spinse Nikko attraverso il pavimento piastrellato della sala da pranzo della Cedar Springs High School.

I suoi compagni di classe applaudirono quando mancò per poco una pila di sedie e si fermò vicino all'altra estremità della stanza.

"Sembra come sulle montagne russe", esclamò Nikko mentre si sedeva. "Sembrava davvero strano - questo è tutto ciò che posso descrivere come. Andare alla deriva attraverso l'intera stanza su un pezzo di legno e con un soffiatore per foglie accanto a te. Così strano!"

L'insegnante Jordan Covey ha costruito l'"hovercraft" come seconda parte di un laboratorio in due fasi per il suo corso di fisica concettuale da matricola. L’obiettivo accademico dei laboratori? Questo significava imparare e comprendere le tre leggi del movimento di Newton.

Ma mettere effettivamente gli studenti su un compensato e farli scivolare attraverso la stanza per dimostrare forza, massa e accelerazione? Questa è stata tutta un'idea di Covey.

"I miei studenti significano più per me che semplici accademici: è per questo che amo insegnare scienze", ha detto Covey. "Mi diverto con loro, loro diventano disordinati, si divertono e creano quel collegamento tra ciò che stanno facendo e ciò che stanno imparando."

Come funziona la legge

Nella prima parte del laboratorio, gli studenti hanno creato dei "mini hovercraft" con CD, palloncini, coperchi di bottiglie e colla a caldo, e poi li hanno fatti fluttuare lungo il corridoio. Con un piccolo ventilatore che creava un "effetto tavolo da hockey" sul pavimento, l'aria che fuoriusciva dai palloncini e scorreva sotto i CD creava una forza netta per far muovere il dispositivo, ha spiegato Covey.

"La terza legge di Newton riguarda le forze uguali e opposte", ha detto. "Quindi, mentre l'aria spinge verso il basso, il pavimento spinge indietro e trattiene l'aria, e questo è ciò che consente il movimento."

Squadre di due persone hanno gareggiato per vedere quale hovercraft poteva viaggiare più lontano lungo il corridoio, effettuando misurazioni per calcolare la velocità, l'accelerazione, la forza netta e la quantità di moto del dispositivo. Agli studenti è stato permesso di apportare modifiche ai loro hovercraft, come aumentare o diminuire la quantità di massa – o aria – nei palloncini, per vedere come ciò avrebbe influenzato le prestazioni.

Fare un giro a sorpresa

Poche settimane dopo è arrivato il vero test: dopo aver registrato e analizzato i dati dei loro mini hovercraft, le matricole sono andate letteralmente a fare un giro sul proprio hovercraft per confrontare l'impatto della massa sul movimento.

Covey ha realizzato la versione a grandezza naturale dell'hovercraft utilizzando compensato, pellicola trasparente, nastro adesivo e un soffiatore per foglie (grazie a un finanziamento della Cedar Springs Education Foundation). Il concetto, tuttavia, era lo stesso: mentre il soffiatore veniva spinto nella plastica, l'hovercraft si sollevava e trasportava lo studente sul pavimento.

"Non avevo idea che (Covey) avrebbe effettivamente realizzato un hovercraft su cui avremmo viaggiato", ha detto Nikko. "Si potrebbe dire, come con (un compagno di classe), che è più piccolo di alcune delle altre persone che hanno guidato, ed è andato molto più veloce. Quindi potresti dire che maggiore è la massa, più tempo ci vorrebbe per accelerare."

«Semplicemente attraversando l'intera stanza su un pezzo di legno e con un soffiatore per foglie accanto a te. Così strano!'

Il compagno di classe Connor Hansen si è concentrato sulla distanza percorsa da ciascun hovercraft in relazione alle sue dimensioni e alla sua massa. Sebbene il suo mini hovercraft avesse un peso inferiore e richiedesse meno forza per spingerlo lungo il corridoio, percorse 47 piedi. In confronto, l’hovercraft a grandezza naturale che lo trasportava come passeggero era azionato da un soffiatore per foglie molto più potente, ma percorreva solo 27 piedi attraverso la stanza.

Connor ha anche preso nota del tempo impiegato dai dispositivi per percorrere quelle distanze.

"Stiamo cercando di capire la velocità, l'accelerazione e la forza necessarie per spostare ciascuno di essi, quindi è necessario avere la massa, il tempo e la distanza per trovare tutto ciò", ha spiegato. "Dopodiché, tutto scorre a cascata: puoi trovare la velocità dalla distanza e dal tempo, con la velocità puoi trovare la sua accelerazione, e poi con l'accelerazione puoi misurare la forza."