La matematica incontra l'arte
La collaborazione didattica tra il Dipartimento di Matematica e l'Istituto d'Arte "A. Vittoria"
di Katia Ruaben
Dall'anno scolastico 1998-99 è stato attivato
il programma di collaborazione didattica tra il Dipartimento
di Matematica dell'Università di Trento e l'Istituto
d'Arte "A. Vittoria" che si fonda su una convergenza di interessi e su
obiettivi comuni tra le due istituzioni.
Il Dipartimento di Matematica si occupa da anni della didattica della
matematica e in linea con questa politica ha costituito nel 1994 il Laboratorio di
Ricerca sui Materiali e i Metodi per la Didattica e la Divulgazione della
Matematica (LRM3D2).
La comunicazione più semplice e diretta di una legge matematica, per
definizione astratta, si ottiene grazie all'uso di un linguaggio semplificato
e attraverso la realizzazione di modelli che visualizzano in modo
facilmente intuibile e accattivante la
complessità di una fenomenologia matematica.
L'accordo con l'Istituto d'Arte permette quindi di realizzare
concretamente le idee e i progetti del
Dipartimento: l'abilità tecnica e la competenza
dei docenti e degli studenti del
"Vittoria" i cui programmi prevedono varie
attività nei laboratori di modellistica,
di lavorazione del legno e dei metalli, e le conoscenze dei docenti
dell'università sono state unite con l'obiettivo
comune di divulgare e insegnare la matematica e di coniugare rigore
scientifico e bellezza artistica.
Gli studenti coinvolti nel progetto seguono delle lezione teoriche,
tenute da docenti del Dipartimento, che introducono le leggi alla base del
modello da progettare e hanno quindi la possibilità di sperimentare un
insegnamento diverso e nuovo della matematica, che da materia ostica e
poco amata diventa il punto di partenza per la loro creatività.
Il primo progetto, curato dal professor Italo Tamanini, ha visto la
realizzazione da parte degli studenti di contorni metallici di varie forme che immersi
in una soluzione saponosa formano sottili lamine trasparenti disposte in
modo da avere la minima estensione possibile; le superfici ottenute mostrano
interessanti caratteristiche geometriche e si prestano a studi nel campo della
fisica, della biologia e dell'architettura. Gli strumenti ed il relativo materiale
illustrativo realizzati dalla sezione di Visual Art dell'Istituto d'Arte
vengono costantemente utilizzati in attività
di orientamento e di divulgazione e sono stati esposti in occasione di
importanti mostre a Castel S. Pietro Terme, Pontassieve, Venezia, per citarne solo
alcune, e alla fiera "Educa" di Riva del Garda.
Il secondo progetto è rappresentato dalla brachistocrona (vedi box), che
sarà costruita in legno di pero massiccio
completamente smontabile per facilitare il trasporto dato che la realizzazione
prevede un'altezza di circa tre metri.
Attraverso un semplice esperimento, in cui due piccole sfere pesanti
vengono fatte rotolare contemporaneamente, sarà possibile confrontare la
cicloide con il segmento di retta, cioè la
curva che potrebbe apparire, ad una prima ma non approfondita riflessione,
come la soluzione più ovvia.
Le lezioni propedeutiche, tenute presso l'Istituto dal professor
Silvano Delladio, hanno affrontato la spiegazione della cicloide in modo
semplificato. Per la scelta del modello è
stato organizzato un piccolo concorso: il progetto di Ervis Beta, di
progettazione lineare e moderna, è stato
superato da quello di Bijan Tehramian che ricorda vagamente l'arte leonardesca.
Gli studenti, affiancati per il design dal professor Claudio Dellai e dal
docente di ebanisteria Gianluca Pasquali, hanno realizzato delle prove in legno,
in plastilina e infine il modello in scala che procede di pari passo con quello
a grandezza naturale.
Tutti i modelli realizzati saranno utilizzati per attività didattiche
ed espositive legate alla divulgazione della matematica e si sta pensando
di istituire una mostra permanente, spazi permettendo, all'interno della
Facoltà di Scienze.
La prossima esercitazione, la cui
attività di laboratorio sarà seguita
dal dottor Domenico Luminati, prevede di realizzare modelli tridimensionali
per illustrare alcune fenomenologie delle geodetiche su superficie non piane.
Leggi matematiche all'acqua e sapone
di Silvano Delladio
In matematica l'espressione "calcolo delle
variazioni" fa riferimento a un metodo generale, fondato
da Eulero e Lagrange, per la risoluzione dei problemi
di minimo. Poiché molto spesso i fenomeni naturali
obbediscono a principi di minimo, il calcolo delle
variazioni diviene uno strumento importante per
l'indagine dei modelli matematici corrispondenti.
Esempi di problemi rivelatisi particolarmente significativi
per lo sviluppo del calcolo delle variazioni sono i seguenti:
- "Una particella sottoposta soltanto all'azione
della gravità scivola senza attrito lungo una curva
congiungente due punti fissati. Determinare la brachistocrona, cioè la curva per cui il tempo
impiegato è minimo".
- "Determinare la superficie di area minima fra
tutte quelle aventi un contorno assegnato".
- "Determinare, su una superficie assegnata, un
percorso di lunghezza minima (la geodetica) che
congiunga due punti fissati".
La soluzione del primo problema non è il
segmento, come si potrebbe esser portati a pensare, ma è
la cicloide e cioè la curva descritta da un punto di
una circonferenza che rotola lungo una retta. Nel caso
del secondo problema, invece, la risposta della
matematica non è così facile da formulare. Tuttavia, per
scoprire le soluzioni, basterà immergere il reticolo metallico
che riproduce il contorno in una soluzione di acqua e
sapone. Analogamente, anche nel caso del terzo
problema ci si può avvalere del talento risolutivo della
natura. Infatti, la soluzione sarà visualizzata da un
laccio disposto fra i due punti, tirato con forza e costretto
(per esempio attraverso un'intercapedine) a "stare sulla
superficie".
La risoluzione rigorosa di questi problemi è
complicata e difficilmente accessibile al non matematico.
Tuttavia, "volgarizzazioni" suggestive
dell'argomento sono possibili attraverso la pratica, anche molto
superficiale, di nozioni di fisica e matematica del livello di quelle
insegnate nella scuola media.
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Nelle foto,
in alto: schizzi di progetto degli alunni
dell'Istituto d'Arte "A.Vittoria" di Trento;
al centro: modello in scala della brachistocrona;
sotto: reticoli metallici immersi in soluzione saponosa per determinare la superficie minima
fra tutte quelle aventi un contorno assegnato
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