Il fisico di Alessandra Sabatini

“Professore, perché dobbiamo studiare fisica?”

La domanda mi colse impreparato.

Dopo tanti anni di insegnamento capii solo in quel momento che non avrei dovuto dare per scontato perché era importante studiare la fisica.

Avevo sempre pensato che tutte le scuole di ogni ordine e grado avrebbero dovuto avere un programma di fisica, che tutti gli studenti avrebbero dovuto avere un’infarinatura di fisica, delle nozioni di base che avrebbero dato loro l’opportunità di capire il funzionamento delle piccole cose che facciamo quotidianamente.

Ho pensato dunque che dietro a quella domanda si celasse la scarsa conoscenza, per non parlare di ignoranza, del perché stiamo dritti sui piedi, perché le cose si versano dall’alto verso il basso, perché riusciamo a non cadere dalla bicicletta… E mi prese il panico.

In quell’istante, da quella semplice domanda, capii di aver sbagliato il mio modo di insegnare la fisica.

Si, i ragazzi mi adoravano, avevo un ottimo rapporto con tutti loro. Con quelli bravi ma anche con quelli che detestavano la mia materia, oppure con quelli che, pur volendola studiare, non la capivano.

E quella fatidica domanda all’ultima ora di un maggio afoso, era arrivata proprio da un ragazzo che odiava la fisica ma era costretto dai genitori a studiarla e, malgrado ciò, non la capiva.

Perché non la capiva, mi chiesi? Forse dietro la sua domanda si nascondeva un vero interesse: “perché era importante studiare la fisica? Io non avevo mai aperto le mie lezioni rivolgendo agli studenti quella domanda. Forse avevo fallito io come insegnante.

Anziché iniziare le lezioni dalla lettura in classe degli argomenti che avremmo trattato nel corso dell’anno, oltre all’elencazione dei programmi annuali e delle prove scritte e orali da sostenere, anziché costringere i ragazzi ad iscriversi a concorsi a risposta multipla dove la grande abilità è quella di avere il 25% di probabilità, per assonanza, di indovinare la risposta, avrei dovuto, e sottolineo dovuto, aprire ogni mia lezione spiegando a tutti i ragazzi “perché devono studiare la fisica”.

Rispondendo a quella domanda avrei sicuramente catturato l’attenzione (o meglio, la curiosità) anche di coloro che pensano che la fisica sia il femminile del sostantivo di fisico, non inteso come studioso della fisica come argomento scientifico, ma come fisico aitante e atletico che tutti i ragazzi ambiscono ad avere. Avrei sicuramente contribuito a rendere la mia materia “popolare”, e non “di nicchia” per eletti sfigati.

Avrei potuto rendere semplici concetti molto complessi.

Mi ero perso in queste elucubrazioni. Dopo circa un minuto, ma che a me sembrò un’eternità, il ragazzo che aveva fatto calare un silenzio surreale in classe, ripropose la domanda:

“Allora, professore, perché dobbiamo studiare fisica?”

Decisi allora di raccontare il perché della mia passione per questa materia, del perché la fisica era parte del mio passato, del mio presente e sicuramente del mio futuro.

“Con l’instabile equilibrio di una bicicletta abbiamo tutti fatto i conti quando, una volta tolte le rotelle, abbiamo provato per la prima volta a pedalare. Probabilmente ci siamo spaventati, forse siamo caduti, sicuramente abbiamo messo il piede a terra, perché in sostanza non eravamo ancora in grado di dominare quell’aspetto che rende unico il movimento della bici, ovvero la gestione delle forze che le consentono di stare in equilibrio. Non è accaduto anche a tutti voi?”

I ragazzi silenziosi e attenti annuirono.

“Com’è possibile dunque che una bici, con due punti di appoggio molto stretti posti uno dietro l’altro, sia in grado di restare in equilibrio, in barba alla forza di gravità e alle leggi della fisica?”

I ragazzi, interessati, non provarono nemmeno a rispondere a quella domanda (sapevano che, per loro fortuna, era retorica e non avrebbero dovuto fornire alcuna risposta, anche perché non avrebbero saputo cosa rispondere).

“Per molto tempo si è sempre creduto che la bicicletta rimanesse in equilibrio grazie all’effetto giroscopico delle ruote, ovvero finché le ruote girano la bicicletta sta in piedi, quando le ruote rallentano la bicicletta cade. Questo è vero ma solo in parte. Prendiamo come esempio una trottola, altro giocattolo con il quale molti di voi, da bambini avranno giocato. Quando è ferma, questa poggia di lato e anche le provassimo a spingerla, questa ruoterebbe intorno a un asse ma sempre poggiando di lato. Quando invece la facciamo ruotare riesce a rimanere in equilibrio su un punto di appoggio fisicamente molto instabile fino a che non esaurisce la spinta rotazionale. Com’è possibile?”

A domanda rispose altro silenzio.

“Perché quando la trottola non ruota, la forza di gravità, che agisce verso il basso, riesce a vincere la reazione vincolare, che agisce verso l’alto, facendola quindi cadere di lato. Durante la rotazione si crea un momento angolare che equilibra il sistema e permette quindi alla trottola di rimanere in verticale. Questa si chiama la precessione dell’effetto giroscopico.

Come avviene per la trottola, così avviene per la ruota di una bici. Ciò che serve è la precessione, e per farlo serve un’adeguata velocità di rotazione.”

I ragazzi questa volta sorrisero. Probabilmente usando questo esempio di vita vissuta da tutti (come andare in bicicletta) avevo loro reso semplice un concetto della fisica fino ad allora molto complicato.

 “L’aspetto più importante però è un altro, la precessione agisce sulla ruota anteriore, che è quella sterzante, creando quindi una forza contraria a quella della gravità e consentendo di equilibrare le masse. Se la precessione venisse applicata alla ruota posteriore, la risultante sarebbe opposta, agirebbe quindi nello stesso senso della gravità e farebbe cadere la bici anche alle alte velocità. Vogliamo fare una prova?”

Una parte della classe rimase attonita, la restante, incuriosita dalla piega inaspettata che stava prendendo la lezione, mi seguì verso l’uscita.

Ci dirigemmo tutti verso il cortile della scuola, dove c’era la mia biciletta appoggiata al muro.

“Mettetevi a lato della bici e spingetela all’indietro, con la ruota posteriore in avanti. Nonostante la forza e la velocità di rotazione possibili, la bici cadrà dopo pochi metri.

I ragazzi si lanciarono tutti in un “E’ vero, professore” e a turno sperimentarono questo principio, che più volte avevo spiegato loro ma mai in maniera così divertente, sia per loro che per me.

“Questi tre fattori sembrano cose molto complicate ma in realtà potete averne un immediato riscontro facendo un semplice esercizio: pedalate senza mani.”

Si fecero avanti pochi coraggiosi maschi che già sapevano andare in bici senza mani, ma anche il ragazzo della fatidica domanda iniziale.

“La bicicletta rimane stabile nonostante non ci sia nessuno a governare il manubrio. Perché? Semplice: pedalando noi manteniamo costante il valore del momento angolare e quindi la precessione dell’effetto giroscopico riesce a vincere la forza di gravità, mentre lo sterzo non fa altro che autostabilizzarsi con piccoli spostamenti, che consentono di equilibrare le masse in maniera pressoché autonoma”.

Un ragazzo mi anticipò la conclusione:

“Professore, in sostanza, grazie ai tre fattori dell’equilibrio, una bicicletta riesce a creare una stabilità “autonoma”, in barba alla forza di gravità e alla fisica.”

“Bravissimo!” esclamai soddisfatto. “Visto l’esempio precedente del procedere senza mani, cosa possiamo capire?”

Una ragazza sino a quel momento rimasta in silenzio rispose “Che l’equilibrio della bicicletta è un fattore totalmente sganciato dalla presenza del ciclista in sella. Quindi, mettiamoci il cuore in pace, una bicicletta riesce a rimanere in equilibrio anche senza di noi”.

“Eccellente” esclamai e, tirando un grande sospiro, mi appoggiai al muro esausto ma soddisfatto, come un maratoneta che percorre gli ultimi 10 km della sua gara non pensando alla fatica, all’acido lattico, alla bocca secca e ai dolori muscolari ma alla soddisfazione di poter tagliare il traguardo sostenuto dal tifo dagli amici, parenti e gente sconosciuta che tifa per lui lungo il percorso.

I miei sostenitori più agguerriti erano proprio i miei studenti, che mi avevano incitato e sostenuto e fatto trovare la strada giusta per il mio ed il loro traguardo.

“Quindi ragazzi, i fisici sono appunto gli scienziati che studiano anche l’equilibrio della bicicletta. Anche se, sappiate, non è ancora stata formulata una chiara definizione fisica del perché la bici rimanga in equilibrio, poiché al modificare di alcune variabili, il risultato è totalmente diverso”.

“Eppure lo studio dell’equilibrio e dell’autostabilità della bicicletta è un fattore importante nello sport, nel benessere della vita di tutti noi, che impegna numerosi centri di sviluppo e ricerca nel mondo.”

“Nonostante la sua semplicità, o forse grazie ad essa, la bicicletta rimane un sistema il cui equilibrio è davvero difficile da comprendere. In sostanza è come la storia del calabrone, qualcuno di voi la conosce?”

I ragazzi questa volta scossero la tesa sempre più protesi verso di me, quasi pendessero dalle mie labbra

“Un illustre scienziato una volta disse che secondo i suoi calcoli matematici, data la massa e la dimensione delle ali, il calabrone fisicamente non può volare. Quando un giornalista gli chiese “e allora perché vola?” lo scienziato rispose: “perché nessuno glielo ha mai fatto presente”.

I ragazzi risero divertiti ed io continuai “È questo il bello della fisica: continua a funzionare anche se si cerca di dimostrare il contrario. E le applicazioni possono essere in tutti i settori: sportivo, aerospaziale, aeronautico, militare, industriale, tutti settori nei quali ognuno di voi potrebbe trovare la propria strada ed esprimersi riscuotendo successo e grandi soddisfazioni”.

Conclusi il racconto affermando che “Tecnicismi a parte, d’ora in poi, ogni volta che salirete in sella alla vostra bici, sappiate che state usando il più semplice, completo e meccanicamente efficiente mezzo di locomozione che l’essere umano abbia mai creato. Scusate se è poco!”.

L’ora di lezione volgeva al termine. Mancavano pochi minuti al suono della campanella. Ero felice, soddisfatto, appassionato e sentivo di aver trasmesso ai miei ragazzi più in quell’ora di lezione che in tante altre in passato.

Scorsi delle mani alzate per le domande.

“Professore, quindi perché studiamo la fisica?”

Percepivo di avere un sorriso stampato sul volto e risposi:

“La fisica è quello che fate tutti i giorni: come camminate, come andate in bicicletta, perché un oggetto cade, perché nel basket o nel calcio alcuni tiri vanno a segno e altri no… Insomma, la fisica studia il perché delle nostre azioni quotidiane, tutto quello che facciamo è regolato dalle sue leggi. Quindi non considerate la fisica una semplice materia da studiare per avere dei bei voti, poiché tutto parte da questa”.