Gli esperimenti in laboratorio: strumenti e caratteristiche

Gli esperimenti fisici in laboratorio sono essenziali per esplorare, comprendere e verificare i principi della fisica. Questa pratica consente agli scienziati e agli studenti di mettere alla prova teorie e ipotesi in un ambiente controllato, dove le variabili possono essere accuratamente gestite e i risultati misurati con precisione. Il processo di sperimentazione in laboratorio segue una serie di passaggi metodici, dalla formulazione dell’ipotesi alla raccolta e analisi dei dati, fino alla conclusione che conferma o smentisce l’ipotesi iniziale.

La progettazione di un esperimento fisico inizia con l’identificazione di una domanda o di un problema specifico. Successivamente, viene formulata un’ipotesi che fornisce una possibile spiegazione o soluzione basata su conoscenze pregresse. L’ipotesi deve essere testabile, il che significa che deve essere possibile progettare un esperimento per verificarla.

Una volta definita l’ipotesi, gli scienziati progettano l’esperimento stabilendo le variabili indipendenti (quelle che vengono modificate intenzionalmente), le variabili dipendenti (quelle che vengono misurate per osservare l’effetto delle modifiche) e le variabili di controllo (quelle che vengono mantenute costanti per assicurare che i risultati siano dovuti solo alle variabili indipendenti).

Vediamo come si svolge un esperimento in laboratorio e quali sono le sue caratteristiche.

• L’esperimento in laboratorio
• Il laboratorio di fisica
• Gli strumenti in laboratorio
• La relazione di laboratorio
• I simboli di pericolo in laboratorio

L’esperimento in laboratorio

Un esperimento è una sequenza di operazioni che riproducono o individuano un fenomeno naturale e producono dati.

L’analisi di questi dati può portare alla formulazione di una legge scientifica.

Un esperimento deve essere:

• PROGETTATO con cura partendo da ipotesi chiare e verificabili;
• CONTROLLATO nella sua esecuzione;
• RIPETUTO più volte per fare in modo che non sia un evento casuale;
• RIPETIBILE da altri sperimentatori. Chi lo realizza deve essere in grado di spiegare tutti i passaggi nel modo più dettagliato possibile.

Il laboratorio di fisica

In laboratorio esistono regole che disciplinano i comportamenti da tenere per minimizzare i rischi.

Il laboratorio deve essere progettato, costruito, attrezzato e arredato rispettando diverse disposizioni legislative.

Ogni laboratorio deve avere un regolamento che oltre a specificare i comportamenti da tenere spieghi l’utilizzo della strumentazione presente.

Cosa si può fare in laboratorio:

• portare all’interno solamente oggetti indispensabili (no zaini, giubbotti e merendine);
• rispettare le consegne dell’insegnante;
• mantenere in ordine la postazione di lavoro;
• utilizzare i DPI ovvero i Dispositivi di Protezione Individuali quando necessario;
• utilizzare gli strumenti di misura in modo appropriato;
• non lasciare mai gli strumenti fuori posto dopo il loro utilizzo.

Gli strumenti in laboratorio

Uno strumento di misura serve per misurare una grandezza e deve avere tre caratteristiche fondamentali:

• SENSIBILITÀ è la variazione più piccola che lo strumento può rilevare;
• PORTATA è il valore massimo che lo strumento può misurare;
• PRONTEZZA ovvero la rapidità con cui lo strumento dà la misura.

Lo strumento può essere analogico (con un indicatore mobile) oppure digitale (che ha un display elettronico).

Gli strumenti più utilizzati in laboratorio sono:

• Il dinamometro per misurare l’entità di una forza;
• La bilancia meccanica a due bracci per misurare la massa di piccoli oggetti;
• Il termometro classico ed elettronico per misurare la temperatura;
• Il multimetro per misurare valori elettrici quali la tensione (Volt), la corrente (Ampere) e la resistenza (Ohm);
• Il cronometro per misurare il tempo;
• Il densimetro per la misura della densità di un liquido basato sulla spinta di Archimede;
• La molla per misurare le deformazioni elastiche;
• Le lenti d’ingrandimento per ingrandire oggetti di piccole dimensioni e visualizzare meglio i risultati degli esperimenti;
• Lo spettroscopio per misurare la radiazione elettromagnetica emessa da una sorgente;
• Il magnete, corpo che genera un campo elettromagnetico capace di attrarre oggetti di materiale ferromagnetico.

La relazione di laboratorio

Dopo aver effettuato studi ed esperimenti lo scienziato deve saper comunicare i risultati ottenuti. È importante che esso sia in grado di scrivere una relazione dettagliata del suo lavoro in quanto questo deve poter essere ripetuto da altri scienziati che ripeteranno gli esperimenti proposti per verificarne la veridicità.

Gli articoli che descrivono una ricerca o un esperimento devono avere le seguenti caratteristiche:

• INTESTAZIONE in cui si specificano i dati del ricercatore e il luogo in cui è ambientata la ricerca;
• TITOLO e INTRODUZIONE che spiegano i motivi dell’esperimento;
• MATERIALI necessari per l’esperimento;
• PROCEDIMENTO descritto nel modo più dettagliato possibile per poter essere ripetuto;
• RISULTATI elencati in modo oggettivo possibilmente anche attraverso tabelle e grafici;
• OSSERVAZIONI e annotazioni;
• CONCLUSIONI.

I simboli di pericolo in laboratorio

Nel laboratorio della tua scuola difficilmente ti troverai ad avere a che fare con sostanze molto pericolose, ma è giusto che tu sappia che esistono e che bisogna maneggiarle con molta cautela.

Sono considerati pericolosi i seguenti tipi di sostanze e preparati:

• ESPLOSIVI sono le sostanze e i preparati solidi, liquidi, pastosi o gelatinosi che possono provocare una reazione esotermica con rapida formazione di gas anche senza ossigeno. Queste sostanze esplodono in particolari condizioni;
• COMBURENTI sono le sostanze e i preparati che a contatto con altre sostanze provocano una forte reazione esotermica;
• INFIAMMABILI sono le sostanze e i preparati solidi o liquidi con un punto d’infiammabilità estremamente basso e le sostanze e i preparati gassosi che a temperatura e pressione ambiente possono infiammarsi a contatto con l’aria;
• CONTENENTI GAS SOTTO PRESSIONE sono le sostanze e i preparati gassosi sotto pressione che possono esplodere se riscaldati e i gas refrigerati che possono provocare ustioni o lesioni criogeniche;
• MOLTO TOSSICI sono le sostanze e i preparati che, in caso di inalazione, ingestione o penetrazione cutanea possono essere mortali o provocare lesioni;
• NOCIVI sono le sostanze e i preparati che, in caso di inalazione, ingestione o penetrazione cutanea, possono essere mortali oppure provocare lesioni;
• CORROSIVI sono le sostanze e i preparati che possono esercitare sui tessuti vivi un’azione distruttiva;
• DANNOSI PER LA SALUTE sono le sostanze e i preparati che, in caso di inalazione, ingestione o penetrazione cutanea possono essere mortali o provocare lesioni, alterazioni genetiche, sintomi allergici o asmatici o difficoltà respiratorie, possono nuocere alla fertilità o al feto;
• PERICOLOSI PER L’AMBIENTE sono le sostanze e i preparati che diffusi nell’ambiente possono presentare rischi immediati con effetti di lunga durata.