Alcune proprietà dell`acqua Lab5 SCIENZE • La Terra

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SCIENZE • La Terra
Alcune proprietà dell’acqua
Hai mai osservato con attenzione una goccia d’acqua? Che forma ha? Le gocce hanno tutte la
stessa forma? Da che cosa dipende la forma di una goccia d’acqua? Come fa una spugna ad
assorbire una goccia? E come può una goccia risalire lungo le radici e il fusto di una pianta?
Grazie al laboratorio che ti proponiamo potrai rispondere a tutte queste domande.
Capirai in quale modo l’acqua riesca a penetrare nelle porosità di una spugna o nelle fibre della
carta assorbente; come possa “arrampicarsi” in strette tubature o entrare nelle radici di una pianta e da lì risalire lungo il suo fusto.
Fare esperienze
1 • Come due gocce d’acqua...
Per cominciare, vediamo se è vero, come si dice, che le gocce d’acqua sono tutte uguali. Per questa
esperienza ti servono solo un lavandino, un cubetto di ghiaccio e un contagocce.
Apri il rubinetto del lavandino e richiudilo lentamente fino a quando riesci a farlo gocciolare.
Analizza attentamente come si forma una goccia e disegna nella tabella il contorno che la goccia
assume da quando inizia a formarsi a quando cade sul fondo del lavandino.
Osserva poi il cubetto di ghiaccio mentre comincia a sciogliersi e si forma la prima goccia: disegna
le diverse fasi di questa goccia nella tabella.
Ripeti la stessa procedura con il contagocce e completa la tabella.
Verifica poi l’aspetto delle gocce che si formano da una forchetta, da una spugna o da qualsiasi altro oggetto.
forma
della
goccia...
nell’istante
iniziale
negli istanti
successivi
dopo che si
è staccata
all’impatto
con il
lavandino
variazione osservata
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.....................................................................................
• Osserva bene ciò che succede e completa.
All’inizio la goccia sembra un piccolo sacchetto, che si …………........................………….…. pian piano fino a che, non
riuscendo più a sostenere il proprio ………..............................…………….…., si stacca dal rubinetto per frantumarsi nella vasca del lavandino in una miriade di …….....................................…………….…. più piccole, come tanti piccoli igloo,
appoggiate sulla superficie della ceramica. Passando una spugna sopra il lavandino, queste gocce vengono immediatamente ……………............................……….…...
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Alcune proprietà dell’acqua
• Ora prova a formulare un’ipotesi in grado di rispondere alla domanda.
Per quale ragione all’uscita dal rubinetto la superficie dell’acqua si incurva sempre più verso il basso, sino a formare una goccia invece di creare un filo d’acqua continuo?
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LINK diagrammi
di flusso
Fare esperimenti
1 • Sul pelo dell’acqua
Procurati una bottiglia o un altro recipiente trasparente con
un collo lungo e sottile (una provetta o un vaso) e versaci acqua fino al collo senza però raggiungerne l’orlo.
Osserva di profilo la superficie dell’acqua (si chiama menisco) e segna una X sull’immagine che lo rappresenta.
Aggiungi lentamente altra acqua sino all’orlo (è più facile se
usi il contagocce) e prova a sfidare la “tenuta” della superficie
dell’acqua sull’orlo del recipiente.
menisco
concavo
menisco
convesso
Prevedi che avrà la stessa curvatura che hai notato nel collo della bottiglia? …….............………..
Osserva e annota che cosa accade alla linea di superficie dell’acqua nel momento appena prima
che l’acqua trabocchi dal bordo del recipiente. Segna una Y sull’immagine del menisco che la rappresenta.
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2 • Le straordinarie doti dell’acqua
Procurati due bottiglie di plastica uguali, un tubo di gomma di un diametro che consenta di inserirlo sull’imboccatura al posto del tappo e abbastanza trasparente da permettere di intravedere l’acqua che vi scorre all’interno, dei tubicini di gomma di diametri diversi e anch’essi trasparenti, del filo di ferro morbido e modellabile, nastro isolante, un imbuto e dell’acqua.
Togli
il fondo alle due bottiglie (puoi tagliarlo con le forbici), poi connettile tra di loro infilando il tuFase 1 • Vasi bo di gomma sulle rispettive imboccature (ossia la parte verso il tappo).
comunicanti
Modella due pezzi di filo di ferro a forma di anello con gancio e inserisci
in ciascuno dei due una bottiglia capovolta in posizione verticale.
Appendi
le due bottiglie alla stessa altezza: hai costruito un siste
ma di vasi comunicanti.
Versa
in uno dei due vasi una certa quantità d’acqua.
• Osserva attentamente che cosa accade e completa.
L’................................... si distribuisce nei due ................................
e raggiunge in entrambi lo stesso .....................................
Ripeti l’esperimento esattamente come prima, ma appendi i due
vasi ad altezze un po’ differenti. Anche in questo caso noterai che
alla fine il livello dell’acqua nei due vasi è lo stesso.
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Scienze • La Terra
Ora appendi i vasi in modo che il dislivello fra uno e l’altro sia maggiore dell’altezza di una bottiglia, e versa l’acqua in quello posto più in alto. Constaterai che, non potendo raggiungere lo stesso
livello nei due contenitori, tutta l’acqua si trasferisce nel vaso posto più in basso.
Puoi verificare il principio dei vasi comunicanti anche tra recipienti di diversa forma e altezza, immergendoli alla stessa profondità in un catino contenente acqua: infatti ogni vaso è in comunicazione con gli altri grazie all’acqua contenuta nel catino che svolge la stessa funzione del tubo.
Che cosa succede ora se usiamo vasi di diametri molto differenti?
Stacca dal tubo una delle due bottiglie e immergila nell’acqua.
Immergi alla stessa profondità anche una bottiglietta da
0,75 l, dopo averla privata del fondo, una cannuccia da bibita e un tubicino capillare, ossia con sezione inferiore ai 2 mm.
Confronta il livello dell’acqua nei vasi comunicanti. Noterai
che nel tubo capillare l’acqua arriva a un livello molto superiore che negli altri.
Fase 2
• Capillarità
bottiglia
1,5
1l
bottiglia
0,75
cannuccia
1l
capillare
profondità
Secondo te, è possibile far passare l’acqua da un recipiente a
un altro senza ricorrere a tubi o rubinetti?
Le istruzioni per riuscirci sono presenti sul sito insieme a quelle per svolgere un’esperienza
che consente di collegare il fenomeno della capillarità, il principio dei vasi comunicanti e
la Spinta di Archimede (Lab 3).
LINK fare
esperimenti
Le mie conclusioni
• Completa il testo, poi confrontalo con La spiegazione che ti proponiamo.
Gli esperimenti mi hanno permesso di constatare una serie di fenomeni:
all’interno di un recipiente stretto, la superficie (menisco) dell’acqua non è ………..................................….., ma
……...............................………, con la pancia verso il basso (menisco concavo). Sull’orlo del recipiente invece, appena prima di traboccare, l’acqua presenta una pancia rivolta verso l’alto (menisco convesso);
il principio dei vasi comunicanti prevede che i liquidi si distribuiscano per raggiungere ………...............………..
....................................................... in recipienti …………................….........……..;
grazie al fenomeno della capillarità, l’acqua raggiunge un’altezza maggiore tanto più ……….......................………….
............................................................................................................................................;
il fenomeno della capillarità è/non è in contrasto con il principio dei vasi comunicanti.
La spiegazione
Menisco e capillarità sono il risultato della forza di adesione, ossia della capacità delle molecole d’acqua di legarsi alla superficie del recipiente che la contiene.
L’acqua, come hai studiato, ha formula H2O perché le sue molecole sono costituite
da un atomo di ossigeno (O) e due di idrogeno (H). La molecola dell’acqua è polare
perché presenta un polo positivo, dove sono gli atomi di idrogeno, e uno negativo,
dove c’è l’ossigeno. I due poli della molecola d’acqua si comportano un po’ come
delle… mani con le quali ogni molecola si attacca alle altre.
Si tratta della forza di coesione: gli H positivi di una molecola attirano a sé gli O negativi di un’altra e viceversa, così da formare legami a idrogeno, o legami a ponte (1).
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1 I legami a idrogeno
delle forze di coesione.
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Alcune proprietà dell’acqua
Nell’acqua allo stato liquido le molecole sono abbastanza vicine per legarsi e questo avviene ancor
più facilmente nell’acqua allo stato solido (ghiaccio), mentre allo stato di vapore le molecole si muovono libere le une dalle altre.
La forza di adesione fa sì che le molecole d’acqua a contatto con le pareti del vaso aderiscano a esse e vi si arrampichino. Ma la forza di coesione, dovuta alla loro polarità, fa sì che siano trattenute dalle “mani”
delle altre molecole che resistono al trascinamento. Così, se il vaso è largo, le molecole a contatto con il vetro sono in minoranza e il legame con
le altre molecole è forte; se invece il vaso è sufficientemente stretto e le
molecole “trattenitrici” sono relativamente poche, le molecole “arrampicatrici” possono raggiungere un’altezza maggiore.
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Il risultato è una superficie con la curvatura rivolta verso il basso in modo più accentuato (2) e il menisco in questo caso si dice concavo.
Quando l’acqua raggiunge l’orlo del recipiente, le molecole delle gocce che aggiungiamo
si accumulano al centro della superficie: la forza di coesione le tiene unite tra loro, mentre la forza di adesione tiene incollate al vaso quelle più prossime al bordo. L’acqua sembra gonfiarsi manifestando una curvatura verso l’alto, detta menisco convesso, e non trabocca almeno fino a quando le “mani” polari delle molecole attaccate al bordo riescono
a opporsi alla forza di gravità che spinge l’acqua a uscire per riversarsi in basso.
È questo meccanismo a far risalire l’acqua lungo i tanti invisibili canaletti costituiti dalle
fibre dei tessuti e della carta assorbente (3) e, lungo le radici, fino alle foglie nei vegetali.
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Le forze di adesione e di coesione sono responsabili anche della forma delle gocce.
Nel caso del rubinetto, per esempio, quando la forza di gravità vince la forza di adesione
al bordo del rubinetto la goccia si stacca e cade. Quando si muove nell’aria la goccia assume una forma sferica perché la forza di coesione tra le molecole agisce ugualmente in
tutte le direzioni. Quando poi si frantuma nella vasca del lavandino, la goccia origina tante goccioline a forma di... igloo, menisco convesso, perché le irregolarità della porcellana
(non visibili a occhio nudo) determinano una situazione simile a quella che hai potuto
constatare nell’esperimento 1, quando l’acqua raggiunge il bordo di un contenitore.
Ora so che...
• Ora sei in grado di rispondere alle domande iniziali. Prepara una breve relazione per spiegare i seguenti fenomeni anche con l’aiuto di opportuni disegni schematici:
a) da che cosa dipende la forma di una goccia d’acqua?
b) come fa l’acqua a penetrare e a risalire lungo le radici e il fusto di una pianta?
LINK bussola
ompetenze Verifica delle competenze Verifica delle competenz
La rosa blu di Luisa
1 Leggi attentamente e rispondi alle domande con una breve relazione.
Luisa ha ricevuto in dono una rosa blu e ne è molto orgogliosa. Scopre però che
anche Laura ne ha ricevuta una, ma di un blu molto più intenso. Luisa ci resta male e decide di ravvivare il blu della sua rosa.
a) Esistono rose blu in natura?
b) Quale procedimento dovrebbe seguire Luisa per riuscire nel suo intento?
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