Faccio una premessa di tipo didattico: le definizioni vanno date solo dopo aver costruito intuitivamente il concetto che devono precisare e solo se servono. Attenzione a non anticiparle troppo, bloccano il processo di costruzione di conoscenza che deve invece proseguire nei livelli scolari successivi e precisarsi sempre più. Come diceva un insigne fisico, Richard Feynman, si imparano le cose per poi doverle modificare, correggere, precisare. Questo avviene per la scienza nel corso della sua storia e analogamente deve avvenire per la conoscenza individuale, di cui alle elementari si devono dare le basi corrette seppur provvisorie. A mio avviso dunque, a livello di quarta elementare, la maestra deve avere le idee abbastanza chiare, ma ritengo invece che certe distinzioni per i bambini si possano rimandare a livelli scolari successivi.

Si tenga inoltre presente che i concetti di cui si chiede l’approfondimento (massa, peso, gravità, densità…) sono tutti legati tra loro e si costruiscono proprio chiarendo la rete dei loro rapporti a partire dall’esperienza.

Partiamo con l’idea di forza gravitazionale. L’esperienza ci dice che oggetti lasciati andare o lanciati tendono ad andare “verso il basso”; per non cadere hanno bisogno di essere sospesi o appoggiati. Se li appoggiamo sulle nostre mani o li appendiamo alle nostre dita, sentiamo che gli oggetti ci tirano o schiacciano e che noi dobbiamo contrastare questa forza per sostenerli. A questa forza verso il basso (più correttamente verso il centro della Terra se si guarda la Terra nel suo complesso, “alto/basso” è un concetto locale), che il Pianeta esercita attraendo tutti i corpi verso la sua superficie, si dà il nome di forza di gravità. Guardando i corpi si dice che l’effetto della gravità su di essi è che “pesano”.  Tale forza può essere estesa a tutte le coppie di corpi e si parla così di forza gravitazionale che lega un pianeta e i suoi satelliti o i pianeti e il Sole.

Comprendere in modo più approfondito la forza di gravitazione universale richiede concetti e strumenti matematici più avanzati, che lascerei ai livelli scolari successivi a meno che non si dedichi un tempo sufficiente allo studio del movimento (arrivando all’idea di accelerazione, per dare senso all’accelerazione di gravità, ma non solo ) e delle forze. Inoltre si tratta di una forza tra due corpi che non si toccano, cosa che ha creato ai fisici non pochi problemi e che ha portato all’introduzione dell’idea di campo gravitazionale.

Mi limiterei ad aiutare a visualizzare una forza tra due corpi che non si toccano usando delle calamite (anche se in questo caso si hanno sia effetti di attrazione che di repulsione). Si sperimenta facilmente con il nostro corpo come sia difficile avvicinare due estremità che si respingono. E modelli come alcuni di quelli a levitazione magnetica in commercio permettono anche di visualizzare come i pianeti possano rimanere sospesi, non “cadano” sul Sole o la Luna sulla Terra.

Nel caso atomico ci si può appoggiare allo stesso modello (qui l’analogia è ancora più valida perché si tratta di forze elettriche, sia attrattive che repulsive) anche se a rigore non sarebbe corretto immaginare il nucleo e gli elettroni come palline.

L’importante è insegnare agli allievi che si tratta di modelli, che rappresentano per analogia alcuni aspetti dei fatti e non altri, sono potenti ma non vanno presi alla lettera. Come diceva Bloch “Confondere un modello con la realtà è come andare al ristorante e mangiare il menu”. 

L’idea di modello è fondamentale e non solo in fisica. Se vuole consultare un bel sito (con suggerimenti di attività sulle forze) guardi il progetto SeT “Capire per modelli”
 
Proseguiamo con massa e peso. Del peso abbiamo già accennato. I fisici usano anche un altro concetto per l’idea di quantità di materia (vedi dopo) anche in assenza di un campo gravitazionale e indipendente da esso: la massa.  Non c’è nessuna esperienza nelle vicinanze della Terra, dove noi viviamo, che ci permetta di sperimentare situazioni in cui serva distinguere, praticamente, l’idea di massa (intuitivamente legata alla quantità di materia che costituisce un corpo) da quella di peso (forza a cui tale corpo è soggetto nelle vicinanze della Terra, per effetto della gravità). 

L’insegnante può precisare che il peso a cui i corpi (la materia) sono soggetti sulla Terra, nello spazio potrebbe sparire o cambiare, ma noi non dimagriremmo, avremmo sempre la stessa massa! Ma poiché si tratta di un’esperienza al di là della nostra possibilità di sperimentazione non sappiamo come i ragazzi possano dare senso a questa affermazione e spesso il risultato della nostra spiegazione è che non attribuiscono ad essa il significato corretto (confondono ad esempio assenza di gravità con assenza d’aria, sulla Luna ad esempio non c’è aria, ma gravità sì, anche se minore che sulla Terra).

Nella vita quotidiana ci pesiamo, compriamo le cose a peso (carne, pane, ecc. ), usando come unità di misura il Kg, o suoi multipli e sottomultipli, cioè l’unità di misura della massa. Se vuole lo può precisare, una o più volte, ma poi lascerei che serenamente si considerino per ora i due termini come sinonimi e si parli di peso misurandolo in Kg.

Dedicherei invece ampio spazio ad approfondire la differenza tra peso e volume e a costruire l’idea di densità. Per non allungare troppo questo scritto la rimando a questo proposito agli appunti che ho preparato per i miei studenti di Formazione Primaria a questo sito, in particolare quelli sul galleggiamento.

Con materia si intende tutto quanto occupa spazio e pesa (ha massa). Sostanza è un termine più specifico, usato dai chimici per specificare che la materia considerata è fatta tutta da componenti elementari della stessa natura (l’acqua pura è una sostanza, l’aria no) e che non si tratta di un elemento (quelli della tavola periodica per intendersi: idrogeno, ossigeno, ferro, ecc). Anche in questo caso rimanderei la distinzione a quando serva per interpretare una serie di fatti che per ora gli alunni non hanno ancora incontrato e la definizione a quando si potrà affrontare la costituzione molecolare della materia, con significato per gli allievi e non solo immaginando le molecole come pezzetti piccoli analoghi alla materia macroscopica.

Bisogna accettare un po’ di ambiguità, l’importante è far capire ai ragazzi che nessuna conoscenza è definitiva, che quello che imparano alle elementari si arricchirà, preciserà, amplierà in scienze come in tanti altri campi. Anche  gli scienziati hanno cambiato idea e la cambieranno ancora a fronte di nuovi fatti o per costruire spiegazioni più unitarie ed eleganti.  Costruire questo atteggiamento, dando fin da piccoli solide basi alle idee in stretta relazione con i fatti e con l’immaginazione,  è una delle ragioni principali per cui insegnare  scienze, sottolineandone il valore formativo, culturale e sociale, e non solo informativo.