mini kit BARCHETTA a VAPORE

tradizione e rivoluzione
nell’insegnamento delle scienze
mini kit
BARCHETTA a VAPORE
istruzioni per gli esperimenti
Questo documento fa parte del “mini-kit Barchetta a
Vapore”, e contiene le istruzioni per un esperimento
scientifico sul tema della Termodinamica.
I. barchetta pop pop a vapore
Oltre a queste istruzioni, vi raccomandiamo anche il
video “Esperimenti a Vapore”, nella sezione ReinventoreTV del sito www.reinventore.it e su YouTube.
I.
BARCHETTA POP POP
A VAPORE
COSA SERVE
dal kit
- la barchetta pop pop
- la candelina e il cucchiaino
- le pipette
è necessario procurarsi anche
- fiammiferi o accendino
- un luogo dove far navigare la barchetta: bacinella,
sottovaso circolare, lavandino, vasca, fontana, laghetto, piscinetta...
COSA FARE
1. due piccoli tubicini, che sembrano dei “tubi di scappamento”, escono dalla poppa della barchetta, sotto
acqua. Essi si riuniscono al centro della barchetta, in
un serbatoio (detto anche “caldaia”). Sfilare e rimettere
il “coperchio” della barchetta per vedere bene il serbatoio-caldaia.
2. con le pipette, riempire d’acqua il serbatoio-caldaia.
Per questo, tenere la barchetta in verticale e usare la pipetta per riempire i tubi, finché ci si accorge che sono
pieni dalle cupole d’acqua che si formano all’ingresso
dei tubi.
3. mettere la barchetta in orizzontale (l’acqua non esce
dai tubicini e dal serbatoio, che rimangono pieni d’acqua) e appoggiarla sulla superficie dell’acqua. Ancora,
l’acqua non esce dal serbatoio pur se esso si trova sopra il livello dell’acqua.
4. quando la barchetta è in acqua, accendere la candelina nel cucchiaino. Appoggiare il cucchiaino sul fondo
della barchetta, e spingerlo dal manico finché la candelina è sotto il serbatoio.
5. dopo poco, l’acqua comincia a bollire, a borbottare,
finché, sferragliando rumorosamente, la barca si mette in moto.
6. la barca procede, curvando verso sinistra o verso
destra, a seconda di come è bilanciata con il peso del
cucchiaino, che bisogna pertanto muovere di qua o di
là per raddrizzare il corso della barca.
Attenzione!
fare attenzione alle fiamma libere della
candela accesa e della barchetta.
la barchetta fa fumo per cui bisogna
tener conto della eventuale presenza
di allarmi antincendio quando si fa
l’esperimento all’interno.
7. mettere con la pipetta dal gambo lungo una goccia
d’acqua sulla caldaia: la barca rallenta.
8. la barchetta può andare a sbattere frontalmente
contro il bordo del lavandino, o della fontana, etc. Affinché vada “continuamente” si può far sì che giri “in
tondo” seguendo il contorno del lavandino, del sottovaso, della vasca, eccetera.
COSA NOTARE
La barchetta continua ad andare finché la candela è
accesa.
Come funziona la barchetta? Si può dire che la barchetta è una mocchina a vapore, si può dire che ha un
motore a pistoni, si può dire che va a reazione.
Nel serbatoio, scaldata dalla fiamma della candela,
l’acqua comincia a bollire, a diventare vapore. Il vapore occupa uno spazio molto superiore all’acqua, e
dunque si dilata, spinge (Siamo familiari con questo
effetto, è il motivo per cui in cucina l’acqua che bolle fa
sollevare il coperchio).
Dunque il vapore formatosi nel serbatoio si dilata e
spinge, entra nei tubi, e spinge l’acqua fuori dai tubi.
Un po’ d’acqua viene quindi “sparata” fuori dai tubi,
all’indietro, e per questa spinta la barchetta si muove
in avanti. Per questo motivo - espelle acqua all’indietro, come un razzo espelle i getti di gas - si può dire che
la barchetta va “a reazione”.
Quando si trova nei tubicini, tuttavia, il vapore non è
più scaldato dalla candela, anzi, i tubi sono a contatto
con l’acqua fredda. Allora il vapore si raffredda, condensa, si restringe. E così l’acqua rientra nei tubi. Le
macchine termiche, in generale, funzionano sempre
tra due temperature.
Si raggiunge uno stato di cose in cui il vapore è quasi
come un pistone che continuamente va avanti e indietro nei tubicini, spingendo fuori e dentro l’acqua. Il vapore si riscalda e si dilata, e poi si raffredda e si restringe, e così continuamente. Per questo ciclo la barchetta
ha un “motore a pistoni”, con un pistone fatto di vapore
anziché di metallo.
Il rumore caratteristico è dovuto all’espansione e compressione del vapore, che fa vibrare il serbatoio. Le
vibrazioni del serbatoio si sentono, e si vedono se si
toglie il coperchio (si ha così un’idea della rapidità del
ciclo). La barchetta usa quindi le proprietà del vapore,
è quindi una “macchina a vapore”, una “barca a vapore”.
In alcune scuole medie, quando gli studenti sono
grandicelli, viene proposta la costruzione di barchette
di questo tipo, usando bottiglie per fare lo scafo, tubicini di metallo, cannucce, alluminio da cucina...
Una barchetta pop-pop compare nel cartone animato “Ponyo sulla scogliera”, e viene ingrandita magicamente e usata per navigare. È un effetto fantastico, e
magico-poetico. Per motivi di scala, tuttavia, una barca grande con tubi grandi non riuscirebbe a muoversi.
Dovrebbe piuttosto avere tanti tubi piccoli.
Si può parlare anche di energia: il moto della barchetta è dovuto alla spinta del vapore, e il vapore caldo è
stato ottenuto con la fiamma della candela. L’energia
del moto proviene quindi dalla combustione della
candela.
NOTE DI SICUREZZA
1. Queste barchette sono un esperimento
scientifico e non un giocattolo. Dimostrano la propulsione con il vapore.
2. Le barchette devono sempre essere
usate sotto la supervisione di un adulto.
3. L’uso improprio delle candele può causare un incendio.
4. Le barchette e i loro coperchi possono
scottare ed è necessaria cautela.
5. Le barchette e i loro coperchi hanno
bordi affilati: si raccomanda attenzione.
6. Per far partire la barchetta fatela galleggiare sull’acqua in un contenitore a prova
di fuoco, non sotto una tenda, eccetera.