Nanotribologia e legami atomici

Il segreto dell’Uomo Ragno

Big idea “L’attrito gioca un ruolo fondamentale nella vita quotidiana e nell’economia: circa un terzo del consumo delle attuali risorse energetiche mondiali è riconducibile a qualche forma di attrito. Lo studio dei fenomeni alla nanoscala ha nuove prospettive su questo fenomeno complesso.

Alla micro e nanoscala l’adesione e l’attrito coinvolgono direttamente le interazioni atomiche e molecolari connesse al concetto di superficie reale di contatto, a causa di ciò le strutture gerarchiche modificano in modo significativo, e regolabile, il coefficiente d’attrito di un materiale e sono un mezzo per accedere alla comprensione delle interazioni di superficie, a loro volta cruciali tanto nella ricerca di base quanto in ambito tecnologico. Abbiamo messo a punto esperienze didattiche di facile implementazione con hands-on aproach ed educazione fra pari basate sullo studio di materiali microstrutturati bioispirati. Proponiamo un ampio spettro di esperienze didattiche quantitative, per molteplici fasce di età e curricula scolastici, organizzabili anche in un percorso didattico complessivo mirato a sviluppare abilità di problem solving. Gli studenti indagano il materiale senza ricevere su di esso alcune informazione, come un ricercatore al lavoro.
Il percorso è strutturato nei tre step tipici di qualunque ricerca scientifica: la caratterizzazione macroscopica del materiale, l’indagine microscopica e la comprensione dei meccanismi microscopici attraverso l’uso di tools di simulazione.
Lo studio ottica prevede lo studio con la diffrazione ed utilizza la fotocamera dello smartphone come parte di un microscopio ottico assemblando con materiali di recupero.

Gecko Tape

Prendendo spunto dalle proprietà inconsuete del materiale Gecko Tape viene approfondito il tema dell’ attrito e dell’adesioneattraverso osservazioni qualitive e misure quantitative
Vengono testate le proprietà sottovuoto e comprese le applicazioni in medicina. L’indagine ottica viene fata usando la diffrazione con la luce laser di un comune puntatore e facendo costruire ai ragazzi un microscopio ottico con lenti recuperate da un vecchio DVD e sfruttando lo smartphone

I laboratori

Caratteristiche

1 – caratterizzazione macroscopica

Manipolazioni del materiale, indagine sottovuoto con una campana di vetro da laboratorio, misure di attrito su Gecko tape e su carta vetrata per confrontare l’attrito alla micro e alla macro scala. Studio con allungamento verticale per misure di elasticità. 

Percorso adatto sia per il biennio che per il triennio 

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Caratteristiche

2 – Un’ottica differente- Diffrazione

Studiare l’ottica con una metodologia attiva (hands-on) motiva gli studenti , li allena alle soft skills ed offre al docente l’opportunità di una didattica capovolta e/o inserita in un percorso di didattica per competenze. Gli consente altresì di approfondire aspetti di fisica che spesso, per motivi di tempo, vengono trattati solo parzialmente .

La diffrazione avviene solo in presenza di strutture ordinate e consente di stimare la distanza all’interno delle strutture del reticolo. La figura di diffrazione si ottiene sfruttando un semplice puntatore laser e mostra un ordine esagonale.

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Caratteristiche

3 -Un’ottica differente- Microscopio con lo smartphone

Il microscopio consente di “vedere” la struttura della superficie e può essere costruito dai ragazzi utilizzando materiali riciclati e la fotocamera dello smartphone: in ciò risiede un’enorme la potenziale didattico e motivazionale che li induce a studiare l’ottica geometrica per capire come utilizzare le lenti per costruire un microscopio; li allena al problem solving alla team colalboration oltre a sviluppare in loro abilità tecnica e manualità.

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Caratteristiche

4 – Interazioni molecolari e simulazioni

Le simulazioni al calcolatore permettono di interpretare i dati sperimentali alla luce dei modelli teorici, indirizzare gli esperimenti, con risparmio di tempo e risorse, e perfino prevedere nuovi fenomeni in condizioni sperimentali mai provate prima. Le tre simulazioni proposte riguardano lo studio dell’attrito alla macroscala e le interazioni atomiche e molecolari

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Caratteristiche

5 – Didattica e Valutazione

L’argomento può essere introdotto proponendo una carrellata di semplici e divertenti esperienze dimostrative, che sollecitano interrogativi riguardo al comportamento non scontato dei materiali nano strutturati. Si consiglia di non fornire agli studenti informazioni sulla struttura e le caratteristiche del materiale ma di procedere subito in un’ottica Inquiry-based learning lasciando agli studenti la possibilità di indagine, studio ed approfondimento guidato dalla risoluzione di problemi, scenari, domande che il docente potrà porre o costruire con loro. Il docente può trovare alcune schede per la valutazione 

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NANOLAB è …

laboratori didattici divisi in quattro aree, corredati da videoguide, schede e approfondimenti, per introdurre le nanoscienze nel laboratorio scolastico.
corsi di formazione e kit formativo per permettere agli insegnanti di riprodurre gli esperimenti in aula.
seminari divulgativi tenuti da ricercatori per esporre le attuali prospettive nel campo delle nanoscienze e contestualizzare i laboratori didattici.

Dalla pagina Facebook

Le nanotecnologie, cioè la possibilità di controllare la materia sulla scala del miliardesimo di metro, sono presenti nella nostra vita quotidiana. Cosa potrebbe attenderci per il futuro? Scopriamo quali sono i principi fisici che permettono questi sviluppi e che ci guidano alla scoperta di materiali con nuove proprietà. Con Guido Goldoni

Guido Goldoni insegna Fisica della Materia all’Università di Modena e Reggio Emilia.

In lingua italiana. Ingresso libero
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2 anni fa  ·  

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