Giochi di fisica acustica per bambini: non solo nella scuola di musica

Nell'ambito dell'educazione al suono e alla musica, non solo nella scuola di musica, ma anche in qualsiasi altra struttura scolastica, il campo della fisica acustica rimane piuttosto inesplorato. Eppure tutti i fenomeni sonori verso i quali si vogliono educare gli alunni della scuola hanno alla base una ragione d'essere innanzitutto fisica e scientifica.

Per questo l'acustica può diventare uno dei motivi portanti della nuova educazione musicale nella scuola.
La linea di ricerca su cui si muove la nostra didattica è legata alla nozione di gioco intesa in senso ampio: sono gioco l'osservazione di fenomeni, il rilevamento di dati, la manipolazione di oggetti ecc.

Abbiamo scelto di presentare solo alcuni dei giochi più volte sperimentati legandoli alle affermazioni che i bambini solitamente associano ai fenomeni riprodotti. Vorremmo in questo modo fornire un esempio di operatività didattica sui concetti fondamentali legati alla comprensione della natura del suono.

"Le onde sono quelle del mare": il tema principale attorno a cui si sviluppa tutta la riflessione sulla fisica del suono è quello relativo alla sua natura ondulatoria, e quando si domanda a un bambino cosa sono le onde egli solitamente risponde che "le onde sono quelle del mare". Perché allora non partire proprio da qui?
In una teglia piena d'acqua per metà facciamo cadere, col contagocce, una goccia di liquido. Come si comporta la superficie dell'acqua? Che strada fanno le onde? Vanno solo in avanti o tornano anche indietro? Sono tutte alla stessa distanza? I disegni che vediamo sono uguali se la goccia cade al centro oppure verso il bordo della teglia? E se utilizziamo una teglia ovale?
Proviamo a immergere parzialmente in vari punti della teglia alcuni ostacoli pesanti: che succede? Posando sul pelo dell'acqua un pezzetto di polistirolo espanso si vedrà che le creste d'onda avanzano ma il polistirolo non si sposta. Perché?
"Questo è un Uauu-Uauu": la molla Slinky (molla a spirale in plastica o metallo del diametro di 8-10 centimetri) è un oggetto bello e piacevole da manipolare. La si può distribuire agli alunni e domandare loro cos'è e come si può utilizzare.
Sostenendo la molla per un'estremità e lasciando l'altra libera di muoversi, essa ondeggia secondo le leggi del moto armonico. Allungando o accorciando la parte libera si vede variare la frequenza di oscillazione: molla lunga, frequenza bassa; molla corta, frequenza alta. Tenendo la molla tesa orizzontalmente in aria si può provare a muoverne un'estremità: i bambini riescono a "sintonizzarsi" senza difficoltà sulla frequenza di oscillazione naturale della molla (producendo così, senza saperlo, un'onda stazionaria).
Appoggiando la molla su un tavolo e tendendola si possono osservare due tipi di onde, quella trasversale (pizzicandola) e quella longitudinale (comprimendo alcune spire e liberandole di colpo) con i relativi fenomeni di riflessione. Con un po' di nastro isolante colorato applicato ad una spira si noterà meglio che è l'onda a propagarsi e non le spire a spostarsi lungo la molla.
"L'onda in mezzo non si muove più": con una corda elastica abbastanza lunga (anche 10 metri) si può lavorare in grande gruppo sull'onda trasversale. Pizzicandola ad un'estremità si osserva l'onda partire, giungere all'estremità opposta e ritornare, rovesciata, al punto di partenza.
L'onda si estingue lentamente cosicché è anche possibile, con gli alunni delle ultime classi, eseguire misurazioni sulla frequenza. Quante volte l'onda compie il ciclo di andata e ritorno in 10 secondi? Cosa succede variando la lunghezza o la tensione della corda?
Pizzicando la corda nel mezzo si ottiene un'onda fissa, stazionaria (come accade pizzicando le corde della chitarra). In questo caso in che modo si propaga l'onda sulla corda?
"La lama suona perché si muove": chi ci assicura che il suono sia qualcosa di simile a un'onda? L'esperienza più immediata è distribuire ai bambini oggetti che suonano: diapason, tamburelli, tubi di alluminio, una chitarra, una radio con altoparlante e quant'altro a disposizione. I bambini osserveranno (anche mediante la sensazione tattile) che tutti i suoni sono associati a un movimento del corpo che li produce. Ma tutti i movimenti producono suono?
Prendiamo una lama di seghetto per ferro e, bloccandola per metà sul bordo del banco, pizzichiamone l'estremità opposta. Si vedrà la parte libera oscillare piuttosto velocemente e si udirà un suono. Allunghiamo gradualmente la parte libera: la lama vibrerà più lentamente, il suono diverrà più grave... finché scomparirà! Avremo raggiunto la soglia degli infrasuoni e avremo scoperto che non basta che un oggetto si muova perché produca suono: deve oscillare e anche piuttosto velocemente. Ecco perché la molla Slinky e la corda elastica già utilizzate non suonano, perché non raggiungono frequenze di oscillazione naturale udibili.
"La bottiglia si muove perché sente la musica": su un tamburello spargiamo dello zucchero o alcuni chicchi di riso. Percuotiamo nelle sue vicinanze un vassoio di metallo piuttosto violentemente: si osserveranno i granelli saltare, mossi dalle vibrazioni della membrana. Prendiamo due diapason uguali montati su cassette di risonanza. Mettendoli sufficientemente vicini basterà percuoterne uno perché anche l'altro entri in vibrazione (questo sarà evidente se si smorzeranno con le dita le oscillazioni di quello percosso e si continuerà a udire il suono). Le vibrazioni, in generale, partono dalla sorgente, si trasmettono all'aria e arrivano agli altri oggetti, tra cui il timpano dell'orecchio. Ma l'aria può davvero vibrare?
Diamo ad ogni bambino una piccola bottiglia di plastica vuota e produciamo un suono corrispondente alla frequenza di risonanza della bottiglia: ogni bambino sentirà la bottiglia vibrare tra le sue mani. Ma cosa vibra, l'aria o la bottiglia? Facciamo soffiare contro il bordo dell'imboccatura: ogni bottiglia produrrà un suono di frequenza uguale a quella di risonanza. I bambini sanno, per averlo già sperimentato, che toccando un corpo oscillante lo si smorza e il suono cessa. Perché allora tenendo la bottiglia tra le mani il suono continua?
"Io mi sento dopo": un tubo del diametro di almeno 8 centimetri e lungo una cinquantina di metri può rafforzare l'idea del suono come vibrazioni che viaggiano nell'aria con una velocità definita. Parlando in un'estremità e avvicinando l'altra all'orecchio i bambini avvertono un ritardo sensibile nell'ascolto giustificato solo dal fatto che il suono, per raggiungere l'orecchio, deve percorrere il tubo in tutta la sua lunghezza. Che succede se grido o sussurro? E se produco suoni gravi o acuti?
"I tubi corti suonano piccolo piccolo": piastre e tubi metallici di lunghezza diversa, campanelle di varia grandezza, flauti di Pan (tubi di plastica) lunghi e corti servono a discriminare due fondamentali parametri del suono: altezza e timbro. Si possono raggruppare gli oggetti, dopo averli ascoltati, secondo l'omogeneità timbrica o l'altezza del suono prodotto (l'attività sarà più difficile ma più efficace se ripetuta ascoltando gli strumenti senza vederli). Una volta assimilati i concetti, si potranno cercare le ragioni delle differenze di timbro e altezza: quale caratteristica accomuna gli oggetti dal suono acuto? quale gli oggetti con timbro uguale (o simile)?
Con gli stessi oggetti si può introdurre il parametro dell'intensità: cosa succede suonando piano o forte? Cosa cambia e cosa non cambia nel suono?