Fisica in Moto: un innovativo laboratorio didattico di fisica all’interno dello stabilimento Ducati

Fisica in Moto è un innovativo laboratorio didattico di fisica dedicato a tutti gli studenti delle scuole medie superiori italiane, nato dalla collaborazione tra la Fondazione Ducati ed il Liceo Malpighi di Bologna.

Il progetto “Fisica in Moto” nasce dall’incontro di due esperienze alquanto diverse: quella del Liceo Malpighi di Bologna, focalizzato sulla formazione dei ragazzi delle scuole medie superiori e quella di Ducati, azienda italiana leader nella produzione di motociclette sportive ed emblema di eccellenza nelle competizioni.
Il laboratorio si espande su una superficie di 400 mq, vanta il coinvolgimento di 80 persone che hanno lavorato attivamente alla sua realizzazione e conta la presenza di 15 nuovi macchinari appositamente realizzati sulla base dei 90 progetti provenienti da 15 università italiane.
Un protocollo d’intesa è stato concordato con il Ministero della Pubblica Istruzione e con la Regione Emilia Romagna; sono state svolte cinque tesi di laurea (1 ingegneria gestionale, 1 ingegneria elettronica, 2 ingegneria meccanica, 1 economia) all’interno del progetto; permane la stretta collaborazione con le facoltà universitarie di Ingegneria Meccanica e Fisica di Bologna, Firenze, Perugia e Modena-Reggio Emilia.

Nella fase preliminare del progetto è stato chiesto ad alcuni ragazzi degli istituti medi superiori di sviluppare libere associazioni di idee con i concetti di “scuola”, “fabbrica” e “museo” ottenendo un risultato estremamente interessante.

Scuola
I ragazzi vedono la scuola come un sistema chiuso in cui l’apprendimento teorico è slegato dalla funzione pratica. L’insegnamento scolastico è utile e necessario, ma si rende esplicito un bisogno di apertura verso esperienze esterne che aiutino a rendere familiare l’oggetto studiato.

Fabbrica
Fare, costruire, pratica, tecnologia, macchine, operai: la fabbrica non sembra evocare agli occhi dei ragazzi nessun legame con quanto stanno studiando. Ed è vero, perché anche la fabbrica è un mondo chiuso in se stesso, con le sue regole: “vietato l’ingresso ai non addetti ai lavori”.

Museo della scienza
Giocare, toccare, costruire, sperimentare in maniera divertente. Un mondo di divertimenti scientifici in cui però per la vastità dell’offerta e la diversità degli esperimenti finisce spesso per prevalere esclusivamente il contenuto ludico anch’esso slegato dalla scuola e certamente lontano dall’applicazione in fabbrica.

Dall’osservazione attenta delle reazioni, degli umori e dei desideri dei ragazzi nasce proprio “Fisica in moto”, il primo laboratorio didattico interattivo realizzato all’interno di un’azienda metalmeccanica interamente destinato agli studenti delle scuole medie superiori.

Scopo del laboratorio, unico nel suo genere, è quello di realizzare un ponte tra scuola e impresa, passando attraverso l'esperienza dei musei della scienza e della tecnica.

Al suo interno è infatti possibile sperimentare, grazie a macchinari interattivi appositamente progettati e realizzati, la concretezza dei principi fisici studiati a scuola e il legame tra questi, la progettazione di una Ducati da MotoGP e la sua fabbricazione. Il tutto guidato dalla passione Ducati e dal contesto territoriale nel quale nasce il laboratorio: l’Emilia Romagna “terra di motori”.

SOLO LO STUPORE CONOSCE
Per conoscere occorre appassionarsi a ciò che si ha davanti. È lo stupore per ciò che si ha di fronte che rende possibile la conoscenza. E il protagonista, prima della meccanica, della fisica, della moto, è ogni singola persona.

Gli studenti vengono quindi invitati a sperimentare, domandare ed infine scoprire, utilizzando divertenti macchinari interattivi, quanto siano affascinanti e concrete quelle formule di fisica che di solito rimangono noiosamente stampate sulle pagine di un libro.

Per perseguire tale obiettivo il laboratorio, ospitato all’interno della fabbrica Ducati a sottolineare idealmente il legame tra i principi teorici e la pratica della produzione, è strutturato in tre sale: una speciale officina Ducati denominata “l’officina della Fisica”, un innovativo laboratorio scientifico denominato “gli attori dei principi fisici” e una sala Ducati Corse, “il MotoGP della fisica”, dove gli studenti si sfidano in un vero e proprio MotoGP della fisica.

1) L’OFFICINA DELLA FISICA
La prima sala riproduce l’ambiente caratteristico di un’officina Ducati Service. Al suo interno sono presenti cinque postazioni interattive che introducono in modo semplice ed intuitivo concetti base di fisica quali il momento di una forza, l’attrito, gli urti e le forze elastiche.

Caratteristica principale di questa prima sala è stimolare la curiosità e le domande: non si vuole solo fornire delle risposte, ma condurre i ragazzi a scoprire, con l’esperienza e l’osservazione, la spiegazione dei fenomeni che si verificano.

Le postazioni:
1. E’ il momento!
La prima postazione del laboratorio è interamente dedicata al momento di una forza. Prevede vari esperimenti come quello della “Chiave dinamometrica”, dove vengono utilizzate chiavi inglesi di diversa lunghezza e una basetta filettata. La forza del nostro braccio è la stessa, ma usando chiavi diverse si ottengono risultati altrettanto diversi, fino a spezzare la vite nella basetta.

2. Linea montaggio motore
I ragazzi utilizzando un’avvitatore pneumatico, come quelli presenti lungo la linea di montaggio, devono avvitare una frizione “a secco” Ducati sul carter motore e osservare le forze in gioco. Cosa accade? Quali forze agiscono sulla mano? Lo scopo è di individuare il legame delle forze in gioco con fenomeni simili che si riscontrano nella vita quotidiana.

3. Martello elastico e anelastico
In questa terza postazione occorre colpire una cella di carico tramite martelli realizzati con materiali diversi (acciaio, gomma, legno, ecc). E’ possibile in questo modo analizzare  le caratteristiche proprie del materiale, grazie alla visualizzazione su uno schermo delle diverse risposte in frequenza.

4. Pit stop
La ruota di una moto da corsa gira attorno al proprio perno, ma cosa l’aiuta ad avere il minor attrito possibile? Come possiamo diminuire le perdite di energia e sfruttare al massimo la potenza del motore? Effettuando un vero e proprio “pit stop” l’utilizzatore viene introdotto alla scoperta del mondo dell’attrito.

5. Desmopower
In ogni Ducati batte un cuore desmo, ma cosa è esattamente il sistema desmodromico? Quali principi fisici sfrutta? Quali sono le differenze con il sistema di distribuzione tradizionale? Sei postazioni dedicate consentono ai ragazzi di montare con le loro mani un sistema desmodromico Ducati.

6. Sedie a molla
Questa ultima postazione è formata da due sedie dall’aspetto sportivo sostenute da due differenti sistemi molla-smorzatore. Gli studenti si siedono e molleggiano: incredibilmente tutti si attestano sulla medesima frequenza. È una magia o stanno utilizzando, senza saperlo, dei principi fisici?

2) GLI ATTORI DEI PRINCIPI FISICI
La seconda sala è un innovativo laboratorio scientifico, dove conoscere in maniera più approfondita i principi fisici, grazie a cinque macchinari appositamente progettati dagli ingegneri Ducati in collaborazione con fornitori altamente qualificati.

La differenza tra massa e peso, gli esperimenti sul secondo e terzo principio, la conservazione del momento angolare e la forza centrifuga sono i protagonisti indiscussi di questa sala.

1. Piano senza attrito
Un piano a basso attrito e cubi realizzati con materiali differenti ci introducono ad un’esperienza diretta con il primo attore dei principi fisici, la Massa, al suo legame con la Densità ed alla sua differenza con il Peso.
Provando a muovere le scatole sul piano in granito è possibile notare come Massa, Forza e Accelerazione dialoghino tra di loro.

2. Pista centripeta
È possibile rendere sensibilmente sperimentabile una forza “invisibile”? Questo è lo scopo di questa postazione che vuole, grazie ad una macchina telecomandata che si muove all’interno di una pista in plexiglass, aiutare a rendere maggiormente comprensibile la forza centripeta. Grazie a questa postazione gli studenti scoprono com’è possibile influenzare questa forza.

3. Sedie del terzo principio
Un piano a basso attrito e due sedie sportive inserite all’interno di un vero e proprio ring costituiscono questa postazione che consente di scoprire il terzo principio della fisica.

4. Macchina di Flechter
Due motociclette di piccole dimensioni scorrono su di un piano con una guida trainate da due pesi : quale delle due moto vince la gara cambiando i fattori in gioco? Grazie all’ausilio della fotografia stroboscopica (Marmug) è poi possibile calcolare l’esatta Velocità raggiunta.

5. Giostra del momento angolare
I ragazzi si siedono su di una moto appoggiata su una trave che può ruotare intorno al proprio asse. La moto può muoversi avanti ed indietro tramite un motore elettrico. Una volta messa in rotazione manualmente la giostra i ragazzi, semplicemente spostandosi lungo la trave, variano sensibilmente la propria Velocità sfruttando la conservazione del momento angolare.

3) IL MOTOGP DELLA FISICA
Sfruttando i principi sperimentati nelle sale precedenti, gli studenti danno vita ad un vero e proprio MotoGP della fisica, sfidandosi lungo il circuito della Fisica in Moto grazie a  tre entusiasmanti postazioni interattive.

Lo studio intuitivo, ma rigoroso di concetti fisici quali attrito, coppia, potenza, momento giroscopico condurrà ciascun team ad acquisire le conoscenze necessarie per arrivare in testa al traguardo e laurearsi così campione del MotoGP della Fisica.

1. Moto giroscopica
I ragazzi salgono su una vera moto collegata al terreno tramite uno speciale supporto che permette di inclinarsi lateralmente. Un motore elettrico, azionabile con l’acceleratore, è collegato alla ruota anteriore. Quando la ruota è ferma la moto non può stare in equilibrio, ma quando il motore viene azionato entrano in gioco le forze giroscopiche ed è in momenti come questi che si vede l’abilità del pilota!

2. Moto cinematica
Come avviene la trasmissione del moto dal motore alla ruota posteriore? Lo scopo della postazione è rispondere a questa domanda in maniera semplice e divertente. La macchina si utilizza in team: due ragazzi agiscono sui pistoni, mentre un terzo varia i rapporti del cambio. Un display misura la velocità raggiunta e la distanza percorsa decretando la vittoria del team più affiatato e resistente.

3. X-Moto: moto-mutante
Una motocicletta mutante, metà moto e metà bicicletta, conclude la sezione del GP della fisica, introducendo gli studenti in maniera intuitiva ai concetti di coppia e potenza. I ragazzi devono salire sulla X-Moto e pedalare: un display mostra la coppia e la potenza erogata istante per istante e contemporaneamente viene tracciato il grafico della curva di coppia e di potenza di ognuno.

LA FABBRICA
Dopo aver concluso il percorso all’interno delle tre sale del laboratorio è prevista una visita alla fabbrica Ducati per toccare con mano come i principi fisici si trasformano, attraverso il lavoro dei tecnici e degli operai Ducati, nelle moto che si possono ammirare sulle strade di tutto il mondo.

PROPOSTA DIDATTICA
Il laboratorio Fisica in Moto si inserisce perfettamente all’interno dei programmi ministeriali e didattici degli istituti medi superiori italiani.
L’utilizzo del laboratorio è gratuito per le scuole. Può accogliere 60 studenti al giorno e circa 10.000 all’anno.

Gli istituti scolastici e i professori possono prenotare la visita al laboratorio tramite il sito  www.fisicainmoto.it e scegliere tra due modalità differenti di visita:
• Visita mattutina: dalle 9.00 alle 15, comprende l’utilizzo del laboratorio, un kit di accoglienza, la visita guidata all’interno della fabbrica e del Museo Ducati ed il pranzo nel ristorante Desmo assieme agli ingegneri di Ducati Corse (al costo di 10€  cad.).
• Visita pomeridiana: dalle 14 alle 17.30, comprende l’utilizzo del laboratorio e la visita guidata alla fabbrica e al Museo Ducati. Pranzo non incluso.

Per informazioni: www.fisicainmoto.it - fisicainmoto@ducati.com

I numeri della Fisica In Moto
- 400 mq di spazio espositivo
- 80 persone attivamente coinvolte nella realizzazione del progetto
- 20 fornitori che hanno contribuito al progetto
- 15 macchinari appositamente progettati e realizzati
- 5 tesi di laurea (1 ingegneria gestionale, 1 ingegneria elettronica, 2 ingegneria meccanica, 1 economia)
- 150 partecipanti al concorso universitario di idee progettuali per Fisica in Moto
- 90 progetti proposti dagli studenti universitari
- 15 Università italiane coinvolte
- 60 studenti in visita al giorno
- 10.000 studenti (visite) all’anno