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- Posted By: Capuano Edoardo
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Il laboratorio online ispirato alla pandemia utilizza gli automi giocattolo Hexbug Nanos per studiare il comportamento del gas e la conduzione elettrica
Sebbene l'improvviso passaggio all'apprendimento remoto e ibrido sia stato visto come un'enorme sfida durante la pandemia di COVID-19, l'interesse accademico e commerciale per lo sviluppo di lezioni di laboratorio online creative da allora è salito alle stelle.
Nell'American Journal of Physics, di AIP Publishing (1), i ricercatori del Pomona College in California hanno sviluppato un corso di laboratorio di fisica universitario online utilizzando piccoli bug robotici chiamati Hexbug Nanos (TM) per coinvolgere gli studenti nella ricerca scientifica dalle loro abitazioni.
Gli Hexbug Nanos sembrano coleotteri dai colori vivaci con 12 gambe flessibili che si muovono rapidamente in modo semi-casuale. Ciò rende le raccolte di modelli Hexbug ideali per esplorare il comportamento delle particelle che può essere difficile da visualizzare per gli studenti. Per il corso di laboratorio, gli studenti hanno utilizzato gli Hexbug che sono stati spediti loro per posta, insieme a uno smartphone e oggetti domestici comuni.
«Abbiamo scoperto che la dipendenza ispirata dalla pandemia a esperimenti semplici e fatti in casa, pur sminuendo l'enfasi sull'uso di apparecchiature sofisticate, ha consentito agli studenti di raggiungere in modo più efficace obiettivi di apprendimento di laboratorio come la progettazione, l'implementazione e la risoluzione dei problemi di un apparato sperimentale», ha detto l'autrice Janice A. Hudgings. (2)
Gli studenti hanno prima completato un breve esperimento per studiare la legge del gas ideale, che descrive come sono correlati pressione, volume e temperatura di un gas. Hanno usato una scatola di cartone rettangolare divisa da una parete mobile, fatta di cartone e spiedini di bambù, che scorreva lungo la scatola.
Un numero variabile di Hexbug è stato posizionato su entrambi i lati della parete mobile per modellare due gas di pressioni diverse. Gli studenti hanno utilizzato i loro smartphone per registrare le “molecole di gas” che si scontrano contro la parete mobile. Il software di tracciamento video è stato utilizzato per ottenere la posizione della parete in funzione del tempo mentre si muoveva fino a quando la pressione nelle due camere si è equalizzata.
Gli studenti hanno quindi proposto progetti di ricerca semestrali a loro scelta, progettando esperimenti utilizzando Hexbugs per studiare concetti di meccanica statistica e conduzione elettrica. Un progetto si è concentrato sul modello di Drude, che utilizza la fisica classica per descrivere il movimento degli elettroni in un metallo.
La configurazione a casa includeva una lunga scatola di cartone rettangolare, con anelli di cartone da 2 pollici in posizioni fisse utilizzate per modellare i difetti nel metallo. La gravità viene applicata sollevando un'estremità della scatola rispetto all'altra estremità. Gli “elettroni” Hexbug vengono rilasciati vicino alla parte superiore della scatola, disperdendosi casualmente dai difetti mentre vengono gradualmente “condotti” lungo la scatola a causa del campo gravitazionale.
«L'esperimento Hexbug fornisce un modello chiaramente visibile e in macroscala del trasporto del vettore in un filo che è coerente con il modello di Drude», ha detto Hudgings.
Simili esperimenti Hexbug potrebbero anche essere utili come dimostrazioni di laboratorio o lezioni online o di persona in meccanica statistica, chimica fisica, biofisica o elettromagnetismo introduttivo.
Riferimenti:
(1) Using Hexbugs™ to model gas pressure and electrical conduction: A pandemic-inspired distance lab
Descrizione foto: Hexbug Nanos utilizzato nel corso di laboratorio online per insegnare abilità di ricerca universitaria in fisica. - Credit: Kristopher Vargas, Pomona College.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Using Hexbugs™ to model gas pressure and electrical conduction: A pandemic-inspired distance lab