Il motore elettrico

La storia della scienza mostra come la costruzione di piccoli motori elettrici sia un'attività molto fertile e appropriata a diverse età, dall'inizio della scuola media ai primi anni d'università.
Lungo tutto il novecento si trovano disegni e schemi per costruire motorini elettrici nei libri di scienza per ragazzi – come The Boy Electrician di Alfred Morgan (1913).

 

Laura Fermi, nella biografia del marito Enrico Atoms in the Family, scritta in inglese nel 1954, racconta come i fratellini Fermi, Giulio ed Enrico, da bambini costruivano motorini elettrici di loro invenzione.

Sin dalla prima infanzia Giulio ed Enrico, che avevano solo un anno di differenza, erano cresciuti così vicini, avevano condiviso i loro giochi e riempito le loro ore libere insieme così incessantemente, che era difficile dire chi avesse portato cosa all'interno del sodalizio. I due, appena fuori dall'infanzia, erano un po' ragazzi prodigio. Costruivano motori elettrici di loro invenzione e li facevano funzionare, disegnavano progetti di motori d'aereo – tutti i bambini erano affascinati dalla nuova invenzione – e gli esperti dicevano che non potevano essere opera di bambini. I due fratelli erano indistinguibili nei loro risultati.

Questo breve passaggio mette l'accento su una caratteristica dei motorini elettrici costruiti con filo di rame per avvolgimenti e con calamite: è possibile, e stimolante, realizzarli in diversi modi, in varie geometrie. Con essi si possono esercitare quindi non solo l'abilità manuale e la tecnica costruttiva, ma anche la fantasia e l'immaginazione.

 

Erano i primi anni del novecento e in casa Fermi a Roma c'erano tre bambini, Maria nata nel 1899, Giulio nel 1900 ed Enrico nel 1901. Nell'inverno del 1915 un avvenimento drammatico colpì la famiglia Fermi e ne alterò l'equilibrio affettivo. Giulio, che era molto affettuoso e allegro, aperto e pronto a rispondere, morì durante un'operazione per rimuovere un ascesso in gola. Il colpo fu molto duro per la mamma, ma anche per i fratelli. Enrico aveva perso il suo compagno di giochi e unico amico.

Una settimana dopo la morte del fratello andò da solo all'ospedale dove era avvenuto l'incidente. Voleva provare a sé stesso di essere capace di controllare l'emozione che la vista dell'ospedale avrebbe provocato in lui. C'era una cosa sola che Enrico poteva fare per riempire le ore tristi: studiare. E studiare studiò, seguendo il forte interesse nella scienza.

Il giovane Enrico cercava testi da studiare al mercato dei libri usati del mercoledì in Campo dei Fiori. Tra questi, trovò un grosso tomo di novecento pagine in latino, gli Elementi di Fisica Matematica di padre Andrea Caraffa. Presto ebbe un amico in queste spedizioni del mercoledì, Enrico Persico, un compagno di scuola del fratello Giulio. Comprati alcuni libri, li leggevano a turno.

Fermi diventò uno dei più grandi fisici del novecento, abilissimo sia come teorico che in laboratorio, e iniziatore di una scuola sia in Italia (i ragazzi di via Panisperna) che negli Stati Uniti. Anche Persico diventò un fisico importante (è sua la teoria sull'iniezione delle particelle cariche negli acceleratori di particelle) e impegnato nell'insegnamento. I due amici avevano vinto nel 1926 il concorso per le prime due cattedre di fisica teorica in Italia.

E così Enrico Fermi, che da bambino costruiva motorini elettrici col fratello e li faceva funzionare, anni dopo progettò e guidò la costruzione del primo reattore nucleare, per ricavare energia da una reazione a catena controllata. E lo fece funzionare.

Se da un lato la costruzione e la progettazione di motori elettrici nella scuola media spinge a coltivare lo studio della scienza, d'altro lato alla scuola superiore e all'università è un grande aiuto per lo studio e la comprensione delle leggi dell'elettromagnetismo.

Questo punto di vista è condiviso – tra gli altri – da una serie di insegnanti di fisica del MIT, il famoso Istituto di Tecnologia del Massachusetts, i professori Wit Busza, Victor Weisskopf e ultimo ma non ultimo Walter Lewin, l'anziano professore eccentrico e rigoroso, che indossa camicie hawaiane e spille dalle forme più assurde, le cui lezioni trasmesse in tv e poi libere su internet sono state seguite da milioni di persone in tutto il mondo.

 

Istituto di Tecnologia del Massachusetts – Dipartimento di Fisica

Fisica 8.02                                                                                          1 marzo 2002

Costruisci il tuo Motorino Elettrico
Divertiti e meritati Crediti Extra

 

In una busta separata troverai: 2 magneti, 2 puntine da disegno, 1 blocchetto di legno, 2 graffette e circa 2 m di filo di rame smaltato.

Obiettivo. Il goal è costruire un motorino elettrico usando SOLTANTO il materiale nella busta e una batteria D (le nostre AA regolari da 1.5 volt) a cui devi provvedere tu stesso. Puoi usare qualsiasi arnese, tagliare il legno, fare buchi, etc, ma il motore deve essere costruito soltanto col materiale nella busta (anche un piccolo pezzo di nastro adesivo, o una goccia di colla, se notata, ti squalificherà).

Divertimento e Crediti Extra. Costruire un motore elettrico può essere molto divertente. In più, puoi meritare fino a 20 punti bonus per i crediti. Riceverai 1 punto ogni 100 rpm del motore [rivoluzioni per minuto, 60 rpm sono 1 giro al secondo]. Per esempio, se il tuo motore fa 445 rpm riceverai 4 punti crediti extra (455 rpm va bene per 5 punti). Se il tuo motore fa più di 2000 rpm, sei in zona premi (vedi sotto), e in più riceverai il massimo di 20 punti crediti extra (l'equivalente di due temi per casa). Questi punti extra possono aiutarti ad alzare il voto dell'esame.

Gara. I costruttori dei sei motorini più veloci saranno invitati a cena con me in un ristorante vicino sabato 13 aprile (6 pm). La persona che costruisce il motorino più veloce riceverà in più un premio speciale durante le lezioni del 3 aprile.

Data Dovuta e Test (dopo la pausa primaverile). I motori saranno testati martedì 2 aprile, 1-5 pm, nella room 26-110. Portate il motorino di persona, please, se possibile. Per evitare possibili confusioni, assicuratevi di scrivere il nome sul motore! Ci saranno bibite e biscotti.     

E così, il giorno stabilito, il professore indossa una delle sue spille pazze, questa volta a forma di uovo al tegamino, e gli studenti portano i motorini. Le luci degli stroboscopi usati per misurare la velocità lampeggiano per la stanza, fino alle 6:30. Il giorno seguente il professore premia la vincitrice (una ragazza, con buona pace di Morgan e The boy electrician, che ha costruito un motorino da 4700 rpm!) con un termometro di Galileo alto sessanta centimetri. Un altro studente vince un premio per il motore più artistico, un libro di arte moderna. E i sei vincitori sono invitati a cena al ristorante ZuZu a Cambridge.

Le creazioni di Faraday e Maxwell, come la variazione di flusso dei campi e le correnti concatenate, spesso un po' ostiche se non si possono toccare, diventano affascinanti attraverso la soluzione dei mille problemi che la costruzione di un motorino porta con sé. Gratterò lo smalto da questa parte o da quella? Come posso tenere il contatto tra il rotore e le graffette?

Insomma, quando costruiamo un motorino elettrico, essere alla scuola media o all'università passa in secondo piano. È un'esperienza più forte di una pila atomica, è un po' come essere con i fratellini Fermi, di nuovo insieme con i motorini e i disegni al ristorante ZuZu.