Unità 4: Immagini dall'Universo - I buchi neri e la gravità


Prerequisisti scientifici
Prerequisiti scientifici Conoscere il concetto di uguaglianza, di proporzionalità diretta e inversa, di diametro.


Obiettivo
Fornire ai ragazzi informazioni su argomenti di astrofisica che possano essere elaborate come “immagini” e che fungano da stimolo al processo creativo per la costruzione di una narrazione originale.
In questa attività si cercano metafore e nuove immagini per i buchi neri partendo dall’esplorazione delle loro caratteristiche principali.


Messaggi chiave
- La gravità è una forza fondamentale che viene creata dagli oggetti solo per il fatto di avere una massa.
- La massa incurva lo spazio-tempo.
- La luce è soggetta alla forza di gravità nonostante sia priva di massa.
- Un buco nero è il risultato di una contrazione gravitazionale che comprime la massa in una singolarità, punto in cui non valgono le leggi della fisica che governano il resto del nostro universo.
- I buchi neri rappresentano non solo la morte di una stella di grande massa, ma anche il motore delle galassie.
- I buchi neri si osservano indirettamente solo attraverso gli effetti che producono.


Materiale occorrente
- Un pc collegato a un proiettore per visualizzare immagini, filmati e pagine web (non è necessaria la connessione on-line)
- Un piccolo telo elastico o un paio di collant fissato a una cornice rigida
- 2-3 palline di diverse dimensioni
- Lavagna e gessetti colorati


Tempo di esecuzione
2 ore.


Attività
Discussione con i ragazzi sui luoghi comuni associati ai buchi neri.
Da questo punto di partenza si spiegano l’attività si svolge in diverse fasi in cui si spiegano le principali caratteristiche di questi oggetti con l’aiuto di piccoli exhibit.
- Discussione: definizione e parole-chiave
Si parte dalla definizione, individuando alcune parole-chiave che nascondono un significato fisico.

- Exhibit: “Il nostro peso su altri mondi”
Si introduce il concetto di gravità come forza “peso” che esiste là dove c’è massa e che varia a seconda di alcuni parametri.

- Exhibit: come è cambiata la concezione della gravità
Lo spazio rigido di Newton: si descrive la gravità come una forza centrale, a distanza e istantanea, chiamata in causa per spiegare la rivoluzione della Terra intorno al Sole.
Lo spazio-tempo di Einstein: si descrive la curvatura dello spazio tempo in funzione della massa e la forza di gravità come “misura” di questa curvatura. Si spiega la dipendenza dai parametri massa e distanza in funzione della geometria dello spazio-tempo.

- Filmato: lenti gravitazionali
Si accenna al fatto che anche la luce risente della gravità e che le sue traiettorie seguono la geometria dello spazio-tempo.

- Exhibit: i buchi neri
Si utilizza l’exhibit per visualizzare un buco nero. Si introduce il concetto di orizzonte degli eventi per spiegare che i buchi neri non risucchiano tutto quello che sta intorno.

- Discussione: come si fa a “vedere” un buco nero
Si discute il fatto che i buchi neri non si possono “vedere” se non in condizioni particolari, in funzione degli effetti che generano sulla materia circostante.

- Discussione: origine dei buchi neri
Si fanno breve cenni all’evoluzione stellare e ad altre immagini che si possono associare ai buchi neri oltre alla morte di alcune stelle.


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