Sistemi di riferimento: insegnamento nella fisica

Abbiamo parlato dei sistemi di riferimento, senza accorgerci che noi stessi abbiamo un nostro riferimento naturale: si basa su "apparecchiature" capaci di informazioni qualitative come lo sono distante, vicino, su, giù, grande, piccolo, ecc.. Tramite gli occhi, il nostro cervello ci fornisce la visione tridimensionale (stereoscopica) degli oggetti mediante la quale possiamo stabilire relazioni di distanze e di grandezza. Gli occhi si possono paragonare a due magnifiche macchine fotografiche che, rigidamente posizionate tra loro, forniscono al cervello le immagini prese da due punti diversi. Come in tutte le riprese fotografiche la macchina deve essere ben ferma per puntare alla zona che ci interessa fotografare e per questa funzione abbiamo a disposizione un sistema meraviglioso di accelerometri alloggiati nella parte interna degli orecchi, uno per orecchio, chiamato labirinto, che presiede al senso dell'equilibrio. E un sistema concettualmente semplice ed efficiente a determinare l'orientamento del nostro corpo, che comunica al cervello tutti gli spostamenti della nostra testa. Viene chiamato apparato vestibolare (vedi Figura 3.1) E suddiviso sostanzialmente in due parti. Gli organi otolitici si occupano di rilevare i nostri spostamenti lineari. Sono due sacche, chiamate utricolo e sacculo, rivestite rispettivamente sulla parete orizzontale e verticale da una membrana chiamata macula. Vediamone una sezione: Dalla macula partono delle cellule sensoriali cigliate molto sensibili, immerse in un fluido, al di sopra delle quali troviamo gli otoliti, piccole pietruzze calcaree di carbonato di calcio. Spostandoci su/giu, destra/sinistra, avanti/indietro, questi otoliti si spostano e "piegano" le ciglia nella direzione opportuna. La figura mostra cio che si verifica quando siamo in posizione ferma ed eretta: le ciglia dell'utricolo (la parte orizzontale) sono perfettamente diritte, mentre quelle del sacculo (la parte verticale) tendono verso il basso. Spostandoci, varieremo le inclinazioni delle ciglia, ma attenzione perchè queste non sono sensibili alle rotazioni. Quando ruotiamo il capo sono altri i sensori che intervengono. Sono dei piccoli condotti circolari, detti canali semicircolari, disposti su piani tra loro ortogonali come quelli del sistema cartesiano tridimensionale. Come nell'utricolo e nel sacculo, vi sono delle cellule provviste di ciglia, immerse in un liquido gelatinoso. Sotto le cellule dell'equilibrio vi sono delle terminazioni nervose che vengono eccitate dai movimenti e trasmettono dei segnali al cervelletto, incaricato di presiedere le funzioni di equilibrio che calcola le variazioni che sono intervenute nella posizione del labirinto, e manda ai vari muscoli del corpo i comandi necessari per riequilibrare la testa. E’ in questo momento che noi possiamo ogni volta e immediatamente reagire nella maniera giusta per ritrovare in modo automatico l'equilibrio perso. Anche l'udito e un importante ausilio per posizionare gli archi nel modo opportuno. Sia il sistema uditivo che quello visivo sono connessi tra loro tramite il sistema nervoso centrale con cui sono connessi tramite i fasci di nervi cranici. Quindi se sentiamo un rumore, per esempio a 3 metri da noi, l'impulso si trasmette attraverso il fascio ascendente dall'orecchio, che percepisce il rumore, al cervello e da questo partono degli stimoli attraverso fasci discendenti che sono collegati all'occhio (nervo ottico). Perciò gli occhi, sottoposti all'impulso, si posizionano per darci l'idea del "dove" vicino/lontano fosse. Per questo motivo quando sentiamo un rumore da qualche parte ci giriamo a guardare proprio in direzione del rumore che abbiamo percepito.