Fisica generale. Guida agli esercizi con supporto di testi e video per i programmi d'esame universitari

Una breve storia di testi anticipa questa edizione di esercizi, scelti per guidare gli studenti dei primi anni universitari di discipline scientifiche alla comprensione dei problemi di fisica e quindi alla preparazione dei relativi esami: comprensione dei problemi, nel senso di un personale, quanto più possibile completo avvicinamento al fenomeno sottostante la domanda o le domande che strutturalmente sottendono ogni singolo esercizio. Un primo testo di questa breve storia sopra citata cercava, forse più ancora dell'attuale, di rendere questa meta reale. Dichiarato fine di quel testo era la speranza di formare un rapporto costruttivo e quasi amichevole tra le leggi che governano i fenomeni fisici e l'osservatore, meglio tra la fisica stessa e lo studente, disvelando la realtà che si trova alla base di quella fisica `intuita', per la quale interagiamo col mondo, ottimizzando le nostre reazioni agli accadimenti esterni. In un certo senso, la fisica, di certo almeno la fisica di base che qui si studia, è già in noi: siamo in grado di evitare un oggetto lanciato contro di noi, di forzare l'apertura di un contenitore facendo leva nel punto più opportuno, di porci sul lato all'ombra di un sentiero in una giornata afosa ecc. Perché non mettere in luce e fermarsi a considerare con maggiore curiosità e attenzione quanto c'è di `generale', di `legge', in questi eventi? Nel suggerire di vedere nei fenomeni naturali più elementari questo fil rouge di scienza, quel primo testo -- che vogliamo qui suggerire di scorrere, essendo peraltro disponibile in rete -- si integrava con una breve serie di esercizi di fisica, pagando così il giusto pegno a chi avesse voluto utilizzare il testo per la preparazione d'esame. Un secondo volume, cui molto l'attuale da vicino si assomiglia e del quale mantiene motivazioni e finalità, spostava più direttamente la mira verso quest'ultimo bersaglio indicato di preparazione agli esami, non volendo comunque venire meno alla vocazione iniziale di costruire dal di dentro dei fenomeni la comprensione degli stessi. Così, mentre si amplificava notevolmente il numero degli esercizi, in ciascuna sezione era presente un'ulteriore breve serie di esercizi guida e di domande, utili a familiarizzarsi col contenuto di quelli e premessa suggerita allo studente da seguire, prima di cimentarsi cogli altri. Ancor più questo terzo volume, nella breve serie indicata, è mirato alla esercitazione dei problemi. Oltre all'ovvia ripulitura del testo, quando necessario, è inserito in esso per ogni capitolo un certo numero di nuovi esercizi, proposti, raccontati e risolti in modalità video, accessibile collegandosi opportunamente in rete. La possibilità di vedere e sentire in contemporanea, fermando e rivedendo il testo a piacimento nei punti di maggiore difficoltà, potendo anche trascrivere su un proprio file o carta i contenuti da rivedere, modificare, rivalutare si pone come un aiuto supplementare allo stimolo di comprensione e memorizzazione del problema in studio. Il contenuto è suddiviso in capitoli, secondo una ripartizione più o meno codificata dei programmi d'esame, ai quali è premesso un primo capitolo di suggerimento su come si fanno gli esercizi e ai quali fa seguito un capitolo, riportato come Appendice, che raccoglie temi comuni a più argomenti diversi, che si affrontano con una medesima metodologia a dimostrazione dell'omogeneità e unicità dell'approccio scientifico. È cosa nota che la soluzione di un esercizio sia il momento più duro della pratica d'esame, anche quando l'esercizio sia scelto tra i più semplici di una collezione. Al cimentarsi con le prime prove sembra quasi che lo studio della teoria sia altra cosa rispetto all'applicazione pratica delle leggi. Di fatto, come nell'apprendimento di una lingua straniera non basta la conoscenza delle regole e dei significati terminologici per comprendere le poche battute scambiate in un film, ma occorre la pratica e la ripetizione del sentire per aprire le porte alla comprensione del parlato, così in fisica la conoscenza della teoria non è un'automatica carta di credito per la risoluzione degli esercizi. Cosa occorre, dunque, per passare a questo secondo livello? Certamente la pratica ripetitiva dei problemi è un valido ausilio, ma l'intelligenza nel farli e nel selezionarli vale assai più di una meccanica ripetizione di prove su tipologie similari. Non vi è regola generale per risolvere un esercizio di fisica; occorre piuttosto costruire una mentalità per affrontare i problemi: questa soltanto può considerarsi la `regola generale' o il `modo univoco' dell'approccio. A questo fine, ci è sembrato non solo opportuno, ma obbligatorio, far precedere in ogni capitolo alla serie degli esercizi d'esame alcuni esercizi guida. Questi -- dopo una breve scheda riassuntiva della teoria necessaria -- sono riportati in modo dialogante, senza valori numerici e talvolta anche senza una possibile soluzione: a un testo iniziale, riportato in corsivo, seguono possibili varianti e vengono anche lasciate allo studente, direttamente o implicitamente, possibili estensioni. Questa modalità di approccio deve indurre lo studente a crearsi egli stesso le varianti, a sperimentare su quelle le possibili vie di soluzione o anche solo a individuare i parametri necessari perché un problema ammetta soluzione. La matematica -- più spesso l'algebra elementare -- può talvolta sembrare inutilmente noiosa o difficile; non è questo il punto su cui fermarsi, lo studente deve abituarsi a creare la soluzione quasi prescindendo dalla sua realizzazione pratica. Viene da ripetere l'adagio latino: rem tene, verba sequantu}, a voler indicare che bisogna trovare la strada (la cosa, rem), indipendentemente dai passi (le parole,verba). Una breve collezione di domande d'esame, che funge da prova di verifica della conoscenza degli argomenti, precede una doppia serie di esercizi d'esame: una prima serie -- secondo quanto si è anticipato -- è costituita da testo e soluzioni in video, acquisibili attraverso un codice QR. In essi una voce segue e illustra il procedimento risolutivo, riportato con ausilio di figure, testi ed equazioni in linea. Una seconda serie, raccoglie un cospicuo numero di esercizi, la cui soluzione è visibile in rete, piuttosto che a seguito del singolo esercizio, così da invitare lo studente a cimentarsi egli stesso con la prova prima di vederne la soluzione. Siamo ben consci che la quantità di problemi riportati, sia negli esercizi guida sia in quelli d'esame, satura qualunque volontà di preparazione; tuttavia, pur presupponendo una limitata quantità di approcci ai singoli problemi, lo studente è invitato a recepire il metodo, la strada per creare assuefazione con la risoluzione: leggere e comprendere il testo, osservandone le possibili implicazioni e varianti e far uso della matematica per dare corpo alla logica del processo risolutivo.