Invenţie românească cu mare potenţial didactic


Autor: prof. Ioan Grosu
Facultatea de Bioinginerie Medicală, Universitatea de Medicină şiFarmacie Gr.T.Popa,Iaşi
Facultatea de Chimie, Universitatea Al.I.Cuza,Iaşi

Generalităţi

Titirezul este o jucarie  cunoscută de mai mult de 2000 ani (aşa scrie în internet/1,2  /) şi mult îndrăgită pe toate meridianele şi paralele planetei. Este cunoscut sub 109 denumiri în diferite limbi / 3 /. Magicul său constă în proprietatea sa de a avea o poziţie verticală când este în rotaţie. Aceasta este justificată de teorema conservării momentului cinetic: dacă nu se acţionează cu nici un moment de forţă din exterior starea de rotaţie se conservă. Dacă încercăm să-l deplasăm într-o anumită direcţie el se va deplasa într-o altă direcţie în mod imprevizibil. Altfel spus este necontrolabil. Cu el aşa necontrolabil lumea s-a jucat timp de mai mult de 2000 ani. Trebuie remarcat că Pământul şi alte corpuri cereşti sunt nişte titirezi uriaşi. La scara atomică protonii din moleculele de apă şi din moleculele substanţelor organice sunt nişte “titirezi” : au spin(adică  moment cinetic) şi moment magnetic. Aceştia(protonii ) pot fi influenţaţi de un câmp magnetic exterior(mai exact unul constant şi altul variabil) şi se realizează Rezonanţa Magnetică Nucleară adică fenomenul fizic de bază din Imagistica cu Rezonanţă Magnetică.

Istoric

În perioada 1980-1985 am ţinut ore de seminar de Fizică cu studenţii Facultăţii de Electrotehnică de la Institutul Politehnic Iaşi (astăzi Universitatea Tehnică Iaşi). La un astfel de seminar făceam o problemă  cu precesia Larmor a spinului nuclear în jurul câmpului magnetic. Cu câteva zile înainte mă “jucasem” cu giroscopul din catedră. În acel moment mi-a venit idea de a echipa giroscopul clasic cu moment magnetic pentru a fi un model macroscopic (simplificat) al spinului nuclear. De la această idee am realizat un dispozitiv didactic pentru punerea în evidenţă a precesiei Larmor. Am făcut aceasta deoarece în toate manualele este scris că spinul nuclear se roteşte în jurul câmpului magnetic care este precesia Larmor dar acest lucru nu este intuitiv deloc. Am completat o cerere de brevet iar brevetul l-am obţinut 2 ani mai tirziu /4 /. Nimeni nu mi-a dat nici o atenţie. În aprilie 2006 , vizitând Kindersmuseum/Baden/Elvetia / 5  / am văzut într-o vitrină a muzeului nişte titirezi. În acel moment mi-a venit idea numărul 2 de a adapta soluţia de la aparatul didactic la titirez. Mi-am procurat magneţi permanenţi performanţi (pe bază de  pământuri rare) şi întors în tară, în laboratorul didactic de Fizică de la Facultatea de Bioinginerie Medicală, UMF Iaşi am încercat şi am văzut ce nu mai vazusem: deplasarea pe orizontală în direcţia dorită a titirezului.  Din acel moment nu am încetat să cred că această soluţie tehnică trebuie să ajungă la populaţia scolară. Deci am pus pe axa titirezului, coaxial cu acesta, în partea sa cea mai de sus un mic magnet permanent iar un al doilea magnet este ţinut în mână şi este deplasat lent pe orizontală. Titirezul îl urmează fără ca rotaţia să fie perturbată (aceasta deoarece interacţiunea dintre cei 2 magneţi nu introduce nici un moment de forţă) deci este controlabil. Titirezul Controlabil este o nouă jucărie şi dispozitiv didactic calitativ superior celui clasic.

Utilizări

Ministerul Educaţiei (MECTS ) aproba în urmă cu  aproape 3 ani folosirea Titirezului Controlabil (iniţial i-am dat denumirea (patriotică) de  ROTOP [Romanian TOP] dar am aflat în doi ani la rând la Târgul de jucării de la Nuernberg  / 6  /  că ROTOP în limba olandeză  înseamnă un cuvânt foarte urât aşa că am renunţat la acest cuvânt din respect pentru această limbă) în activităţi extracuriculare /7/ după cum urmează:

          -pentru clasele I-VIII ca jucărie interactivă, magică. Plusul de magic faţă de cel clasic este dat de faptul că este deplasat fără un contact mecanic. Practic eu nu am întâlnit copil care să nu fie intrigat la prima vedere de acest lucru. Apoi exclamă bucuros (bucuroasă): are magnet!!! Se pot imagina mai multe variante de joc. O primă variantă constă din: pe o foaie A4 (poate fi şi A3) se marchează nişte repere (a doua poză din /8/) şi copilul trebuie să deplaseze titirezul să atingă acele repere şi aceste sarcini au ataşat un număr de puncte. În goana de a obţine cât mai multe puncte jucătorul de fapt îşi îmbunătăţeşte tehnica de conducere a titirezului care înseamnă educarea atenţiei, răbdării, perseverenţei, încrederii de sine, autoperfecţionării, a îndemânării practice şi a culturii tehnice. Desigur că aici sunt însuşite cunoştinţe despre interacţiune, mişcarea de rotaţie, folosirea magneţilor şi interacţiunea dintre aceştia. Aşa cum este menţionat şi în brevetul românesc /9/, magneţii permanenţi întotdeauna au fost o atracţie pentru copii dar odată ce se lipesc unul de altul orice distracţie este terminată. Aici copilul experimentează interacţiunea timp de 100-120 secunde  şi observă efectele ei. Este o situaţie ideală pentru a învăţa prin experimentare şi o poate face  nesupravegheat. Eu obişnuiesc să spun (şi cred acest lucru) că acel copil care are răbdarea să se joace şi să observe minute în şir interacţiunea dintre titirez şi magnetul pe care îl ţine în mână va ajunge un bun muncitor sau inginer. Această interacţiune el o simte prin magnetul ce îl ţine în mână. Acest titirez se învârte până la 2 minute dar acest lucru nu vine de la sine. El conţine o a doua îmbunătăţire (nu aşa de spectaculoasă ca prima): are în interior coaxial metal pentru a-i mări momentul de inerţie (înainte această noţiune se făcea în liceu, acum nu se mai face dar oricine intuieşte de ce este pus metal acolo) şi astfel se roteşte mai mult. O a treia îmbunătăţire (şi mai puţin spectaculoasă ca primele două) este că s-a ales un model de titirez cu o coadă de vreo 11 cm care să fie pus în rotaţie cu ambele palme.

Marea majoritate a titirezilor (prima poză din /8/) se pun în mişcare cu ajutorul a 3 degete de la o mână dar în acest caz rotaţia durează 15-20 secunde lucru care îl face să nu fie amuzant din punctul de vedere al unei anumite sarcini de joc. De mai multe ori am primit întrebarea: dar  nu se mai opreşte? sau este perpetum mobile?. O a patra îmbunătăţire a acestui titirez faţă de cel clasic este că în partea cea mai de sus exact pe magnetul de pe axă este lipită o semibilă. Când cei doi magneţi sunt la o distanţă mică ei se atrag şi se lipesc cu semibila între ei. Din cauza contactului punctual (cu frecare neglijabilă) rotaţia titirezului continuă. Aceasta este o a doua soluţie tehnică nouă la această jucărie: o joncţiune cu 2 grade de libertate. Practic eu nu am întâlnit copil care să nu fie foarte surprins de faptul că titirezul continuă să se roteasca. Pentru a se convinge încearcă să-l atingă cu degetele de la cealaltă mână şi astfel prin senzaţie tactilă realizează. Chiar şi cel mai posac adult afişează un zâmbet. Practic în acest fel titirezul este captat în stare de rotaţie şi prin scuturare poate fi lăsat pe masă în alt loc, el continuând mişcarea de rotaţie. Acest lucru nu poate fi realizat cu cel clasic. Mai mult decât atât se poate conduce un titirez să coboare nişte scări rămânând de fiecare dată în stare de rotaţie. Dacă se pune un astfel de titirez cu bilă din partea sa de jos pe capătul de sus al unui alt titirez în rotaţie şi se ridică, se realizează un lanţ de titirezi în rotaţie lucru care amuză foarte mult pe copii. Acest lucru se vede clar in/10-14/. Acesta este al doilea joc propus (a treia poză din/8/).

Dacă se apropie 2 titirezi în rotaţie unul de altul ei nu se apropie să se atingă în mod prieteneşte ci se ciocnesc. Acest lucru se întâmplă datorită legii Bernoulli de la Fizică  (dinamica fluidelor). Acelaşi lucru se întâmplă dacă un titiez se apropie de o bilă (lemn, plastic, sticlă etc ) .Bila este atrasă şi apoi respinsă. Pe baza acestui efect se poate juca fotbal: 2 jucători fiecare cu câte un titirez se apropie de o bilă şi o determină pe aceasta să se deplaseze în poarta adversă (jocul numărul 3, a patra poza din /8/ ). Despre farmecul şi miza acestui joc nu e nevoie de nici o explicaţie.

-pentru licee teoretice , clasele IX-XII la Fizică se poate justifica prin experiment legea lui Bernoulli, mişcarea de rotaţie, se pot face măsurători de frecvenţă cu un stroboscop. Se poate prezenta în detaliu construcţia Titirezului Controlabil. La unele clase se poate face şi mişcarea de precesie.

-pentru liceele tehnice, şcoli profesionale, şcoli de maiştri, şcoli postliceale în plus se poate prezenta şi brevetul şi modul de redactare în principiu a unui brevet, ce este OSIM.

-în primii 2 ani de studii universitare se poate studia în profunzime mişcarea de precesie şi Rezonanţa Magnetică Nucleară (pozele 5 şi 6 din /8/). Trebuie precizat că la orice vârstă trebuie lăsat un timp de experimentări adică cursanţii să se joace altfel profesorul nu este ascultat. Dintr-un defect acesta poate fi folosit ca un avantaj pentru că elevii nu trebuie forţaţi să experimenteze ci ei o fac cu plăcere din proprie iniţiativă.

Comentarii finale

Titirezul Controlabil este un dispozitiv complet nou care merită să fie investigat în profunzime. Alte detalii se găsesc aici /15/. Până în prezent am observat doar efecte pozitive. În 2011 a fost prezentat la 4 /16-19/ conferinte europene. În videoul  /16/ se aude cum o doamnă profesoară (din cei 350 de participanţi europeni ) exclamă  “wow” la vederea titirezului controlabil. Cu aceeaşi ocazie autorul afirmă că Titirezul Controlabil este Titirezul secolului 21. Se poate închipui care este reacţia copiilor. O nouă dimensiune a acestei jucării/dispozitiv didactic este că este îndrăgită în mod EGAL de fete şi baieti. Autorul va participa pe 29 iunie 2012 la: Seminar on Women in Science at the Joint Research Centre of the European Commission. Autorul poate oferi câteva exemplare pentru experimentări, poate trimite la cerere alte referinţe care nu sunt publice. Pentru cantităţi mai mari se poate comanda de la producătorul REKUBUS http://www.rekubus.eu  caruia i-a fost data licenta de productie:

http://www.romaniadindiaspora.ning.com/xn/detail/6327117:BlogPost:69652

Referinţe

/1/ http://www.topmuseum.org

/2/Valerie Oliver , History of the Top, Spintastics Skill Toys ,Inc 2002

/3/ http://en.wikipedia.org/wiki/Top

/4/ I. Grosu, Aparat didactic pentru punerea în evidenţă a precesiei Larmor, Brevet RO 91857

/5/ http://www.kindermuseum.ch

/6/ http://www.toyfair.de

/7/ MECTS, Decizia 46031/15.10.2009, Proces verbal 1808/noiembrie 2009

/8/ http://files.eun.org/scientix/posters/PosterScientix_Spinning%20top.pdf

/9/ Ioan Grosu, Jucărie cu dinamică controlată , Brevet RO 122019/28.11.2008

/10/ http://www.youtube.com/watch?v=M_aW-k-azto&feature=related/
/11/ http://www.youtube.com/watch?v=N2byaiPlxno&feature=related/
/12/ http://www.youtube.com/watch?v=GNtcBDsONSU&feature=related/
/13/ http://www.youtube.com/watch?v=Vpo_T8sq2SM/
/14/ http://www.youtube.com/watch?v=LauHlSuq_ms&feature=player_embedded/
/15/ http://www.google.com  cu  grosu, titirez   sau   grosu , top-speedy 
/16/Science on Stage, April 16-19, 2011 , Copenhagen

http://www.science-on-stage.eu/?p=3 cu video :

:    http://www.youtube.com/watch?v=RCk9A4jqdtI

/17/ SCIENTIX Conference , May 6-8 ,2011 ,Brussels,

http://www.scientix.eu/web/guest/conference   cu posterul  DRIVEN SPINNING TOP    /8/

/18/SPICESUMMERACADEMY,Prague, Aug. 26-28 2011  cu un poster

http://spice-summer-academy.eventbrite.com/

/19/ EUROPEAN GENDER SUMMIT ,Brussels,Nov. 8-9 , 2011

http://www.gender-summit.eu/  cu posterul  pe  facebook

DRIVEN SPINNING TOP-A TOY FOR GIRLS AND BOYS

https://www.facebook.com/ioan.grosu#!/media/set/?set=a.322451794447208.97733.100000471711434&type=3

Reclame

Un gând despre ”Invenţie românească cu mare potenţial didactic

  1. Ciprian G. zice:

    Titirezul controlabil magnetic ca jucarie didactica ptr clasele I- VIII poate fi cu succes folosit in special in activitatile din ” Scoala altfel”.Noi aici la Fagaras l-am folosit deja, a fost primit cu entuziasm de elevi, la tema „Pamintul un urias titirez”.

Comentariile nu sunt permise.