PREMESSA DELL'INSEGNANTE ALL'ESPERIMENTO

Il lavoro di ricerca che qui di seguito è presentato mostra il ruolo che può svolgere nell'apprendimento della fisica un uso consapevole del laboratorio. Si tratta molto brevemente dell'analisi comparata (analogica) di due esperimenti di fisica molto importanti nella letteratura scientifica entrambi analizzati nella prospettiva del conseguimento di un obiettivo finale ambizioso che è la comprensione del ruolo svolto da H. Hertz nella conferma empirica dell'esistenza delle onde elettromagnetiche e, più in generale, nel controllo sperimentale della validità della teoria di Maxwell relativa all'Elettromagnetismo classico.

La proposta didattica realizzata dall'allieva Giulia Festa del 3° Triennio B (indirizzo scientifico) del liceo classico sperimentale statale "B. Russell" di Roma consiste nella realizzazione di un esperimento sulle onde meccaniche che si propagano in una cordicella (conferma empirica del fenomeno delle onde stazionarie prodotte da un vibratore meccanico in un filo teso) come base interpretativa per la comprensione dell'importante esperimento di Hertz del 1888 col quale si prefisse di confermare contemporaneamente non solo la presenza di onde e.m. emesse da un oscillatore (rocchetto di Runchkoff) durante le scariche elettriche ma anche  di misurarne la velocità di propagazione nello spazio.

L'idea molto semplice è quella di far comprendere la metodologia di indagine e la tecnica operativa utilizzate da Hertz attraverso un fenomeno analogo più semplice e intuitivo da analizzare in chiave propedeutica.

Sfrutteremo dunque l'analogia di comportamento tra il fenomeno meccanico con quello e.m. e supporremo che le oscillazioni prodotte da un vibratore meccanico (un vecchio ma sempre valido motorino di un rasoio elettrico) trasmettono onde a un ostacolo fisso costituito da un pesetto appeso all'altra estremità del filo. Le onde si riflettono, cambiano fase e interferiscono col treno d'onde incidente producendo, per determinati valori della lunghezza del filo, onde stazionarie. La teoria prevede in questo caso che le onde viaggiano nella cordicella con una certa velocità e producono nodi e ventri.

L'esperimento consiste pertanto nel confermare empiricamente la legge del fenomeno delle onde stazionarie e successivamente nel misurare indirettamente la velocità delle onde meccaniche prodotte. Per giustificare questa ipotesi si metterà su un processo di elaborazione dati che ha lo scopo di evidenziare quanto sia interessante e creativo il lavoro empirico di laboratorio e quello successivo di elaborazione statistica dei dati.

Com'è noto nel Trattato di Elettricità e Magnetismo Maxwell aveva previsto che nel circuito elettrico oscillante si producessero fenomeni oscillatori in grado di produrre onde elettromagnetiche che si propagavano da un'antenna alla velocità della luce.

Hertz affermò che se la teoria di Maxwell era corretta, la figura di onde stazionarie che sarebbe stata prodotta dalla riflessione delle onde e.m.  prodotte da un piano speculare metallico, doveva presentare, come nell'esperimento meccanico testé citato, dei ventri (e dei nodi) nei quali il vettore campo elettrico E doveva giacere in un piano ben determinato.

Il ragionamento che sta alla base del lavoro di ricerca che l'allieva ha diligentemente svolto consiste nel dedurre da una serie di interventi empirici svolti in laboratorio e basati sulla misurazione indiretta della velocità delle onde meccaniche stazionarie che hanno lo scopo di fornire una base analogica di comportamento delle due tipologie di fenomeni che forniscono un considerevole appoggio al modello ondulatorio della luce.