Moto circolare uniforme, dinamica newtoniana e gravitazione universale. Didattica, risorse storiche e possibilità per l'insegnamento.

The study of uniform circular motion, the birth of Newtonian dynamics and the drafting of the law of gravitation are three areas that show a strong relational bond, which is particularly clear if we observe Newton's work and the evolution of his thoughts from an historical point of view. Focusing on the description of planetary motion, Newton analyzed circular motion while facing at the same time both the issues of solving problems such as linking Kepler's description of planetary motion to its driving "force" and the lack of definitions and distinctions of physical concepts, essential to solving these problems. Thanks to Newton's work, it was possible to consistently pave the way to those concepts of dynamics that are nowadays the basis of the so called Newtonian mechanics and that allowed the formulation of the theory of universal gravitation. The strict bond which links the description of kinematics, the development of dynamics concepts and the gravitational law have become more and more vanishing in the majority of high school teaching practices. The actual formulation styles usually suggest dynamics principles in an axiomatic way and generally deal with the circular motion following a kinematic approach and only at a later stage explained by a dynamics theory. The first chapter illustrates different proposals for the handling of the three mentioned issues. For this purpose about fifty textbooks, published throughout more than seventy years, have been examined, in order to observe how the themes are exposed in educational activity, as shown in high school books. Two flaws emerge from this analysis: the habit of a fragmentary teaching of the forementioned aspects and the lacking of an organic baseline framework, not limited to the simple teaching tradition shown in textbooks. The second chapter analyzes several publications of some of the most important reviews about teaching research. With the exception of the innovation in didactic laboratories, which consists of using objects that are commonly handled by students, like tablets, smartphones and remote controllers of gaming consoles, there is a significant lack of new proposals for a revamped teaching approach in the examined topics. The third chapter shows how secondary sources help in reconstructing the historical framework of the study of circular motion during the XVII century and the genesis of fundamental concepts, so relevant to the birth of Newtonian dynamics. The aim is to provide a possible organic vision, in order to achieve a different educational approach, in which the three analyzed areas previously mentioned are reconnected, after having been separated from the traditional practice of teaching. Bearing in mind that the historical perspective can play a useful relational function for concepts, the fourth chapter proposes a possible educational setup to provide a way of teaching which is less abstract and less fragmentary than what textbooks usually suggest, thus restoring the connection among kinematics concepts, dynamics theories and gravitational law, similarly to what happened in Newton's course.

Lo studio del moto circolare uniforme, la nascita della dinamica newtoniana, e la formulazione della legge della gravitazione universale sono tre ambiti che presentano un forte legame, il quale risulta particolarmente evidente se si osservano dal punto di vista storico sia il lavoro di Newton che l'evoluzione del suo pensiero. Mosso dal problema del moto planetario, Newton affrontò lo studio del moto circolare in un contesto nel quale non solo si cercava di risolvere problemi come il collegamento tra il moto dei pianeti descritto da Keplero e la possibile "forza" che lo causava, ma mancavano anche una definizione e una distinzione delle grandezze fisiche con le quali tali problemi potevano essere risolti. A partire dal lavoro di Newton fu possibile porre in modo coerente le basi di quei concetti dinamici che sono oggi il fondamento dello studio della meccanica detta, appunto, newtoniana e che permisero la formulazione della teoria della gravitazione universale. La stretta connessione tra la descrizione cinematica, lo sviluppo dei concetti dinamici e la trattazione della legge di gravitazione universale è andata progressivamente perdendosi nella maggior parte delle esposizioni didattiche della scuola secondaria, fino ad arrivare alle formulazioni attuali che in prevalenza propongono i principi della dinamica in modo assiomatico e presentano il moto circolare partendo generalmente da un'impostazione cinematica alla quale viene associata solo successivamente la trattazione dinamica. Nel primo capitolo vengono innanzitutto analizzate diverse proposte per la trattazione dei tre ambiti summenzionati per le scuole secondarie di secondo grado. A tale scopo sono stati esaminati circa cinquanta libri di testo pubblicati in un arco temporale di oltre settant'anni, con l'obiettivo di analizzare la prassi didattica, così come viene mostrata nei manuali. Da tale analisi emergono l'abitudine di una trattazione segmentata degli aspetti citati e la mancanza di un quadro unitario di riferimento che non si limiti alla semplice tradizione proposta nei libri di testo. Un'ulteriore analisi è stata effettuata nel secondo capitolo, nell'ambito della letteratura scientifica inerente alla prassi di insegnamento degli aspetti cinematici e dinamici del moto circolare uniforme, esaminando diverse pubblicazioni di alcune tra le più significative riviste di ricerca didattica. Fatta eccezione per l'innovazione nell'ambito del laboratorio didattico, in cui vengono introdotti oggetti tecnologici di uso quotidiano come tablet, smartphone e remote controller di console ludiche, anche in questo caso si evidenzia la sostanziale mancanza di un rinnovamento della proposta globale in particolare per la realizzazione di nuove impostazioni delle trattazioni didattiche che coinvolgano in modo significativo l'insegnamento degli argomenti analizzati. Nel terzo capitolo, attraverso le fonti secondarie viene ricostruito il quadro storico dello studio del moto circolare nel XVII secolo e della genesi dei concetti fondamentali che furono così importanti per la nascita della dinamica newtoniana. Lo scopo è quello di fornire una possibile visione unitaria per realizzare un diverso approccio didattico in cui riavvicinare i suddetti tre ambiti in esame, decisamente separati dalla prassi tradizionale di insegnamento. Tenendo presente l'idea che la prospettiva storica possa ricoprire un'utile funzione di riferimento concettuale, nel quarto capitolo viene proposta una possibile riorganizzazione didattica di alcuni degli argomenti esaminati che sia in grado di mostrare una visione più unitaria dei concetti cinematici e dinamici anche nel loro impiego per la formulazione della gravitazione universale, analogamente a quanto avvenuto nel percorso di Newton, promuovendo così una connotazione meno astratta e una trattazione meno frammentaria rispetto all'impostazione generalmente adottata nei libri di testo.