mini kit DIAVOLETTO DI CARTESIO

tradizione e rivoluzione
nell’insegnamento delle scienze
mini kit
DIAVOLETTO DI CARTESIO
istruzioni per gli esperimenti
Questo documento fa parte del “mini-kit Diavoletto
di Cartesio”, e contiene le istruzioni per 4 esperimenti
scientifici sul tema della ’Fisica dei Fluidi”.
I. caraffina di Magiotti
II. anelli di colorante
III. termometro di Galileo
IV. innaffiatore di Feynman
Oltre a queste istruzioni, vi raccomandiamo anche il
video “Le Caraffine di Magiotti” e i Corti Esperimenti
#021 e #022 nella sezione ReinventoreTV del sito www.
reinventore.it e su YouTube.
I.
CARAFFINA
DI MAGIOTTI
COSA SERVE
dal kit
- un flaconcino di vetro
- una pipetta dal gambo sottile
è necessario procurarsi anche
- una bottiglia di plastica da 1.5 o 2 litri (vuota). Meglio
se trasparente e non verde, gialla, rossa etc.
- un bicchiere
- qualche goccia di colorante (colorante alimentare,
inchiostro, etc)
COSA FARE
1. il video dell’esperimento è in Corti Esperimenti #021
2. riempire d’acqua bottiglia e bicchiere
3. dal bicchiere, con la pipetta, prendere dell’acqua e
riempire per metà, o per un terzo, il
flaconcino
4. capovolgere il flaconcino con un dito sull’apertura
5. togliere il dito (l’acqua non esce a causa della differenza di pressione tra dentro e fuori e a causa della
tensione superficiale dell’acqua) e immergere il fla-
concino nel bicchiere (operazione detta “varo”)
6. se il flaconcino affonda, ripescarlo e ripetere il varo
togliendo un po’ d’acqua. se il flaconcino emerge dalla
superficie dell’acqua, ripescarlo e aggiungere un po’
d’acqua. Ripetere quindi il varo finché il flaconcino
galleggia a pelo d’acqua.
7. spingere sott’acqua con il dito il flaconcino, e verificare che non affondi, ma torni a sfiorare il pelo dell’acqua.
8. trasferire il flaconcino dal bicchiere alla bottiglia
9. chiudere bene la bottiglia
10. premere leggermente la bottiglia, il flaconcino
scende. Rilasciare, e il flaconcino sale.
COSA NOTARE
- premendo, l’acqua sale nel collo della bottiglia e anche nel flaconcino trasparente. Magiotti ne deduceva
che l’aria è comprimibile, l’acqua no.
- Entrando l’acqua, il flaconcino si appesantisce e finisce con l’affondare. Vetro e aria galleggiano, vetro e
acqua affondano.
- Costruire la spiegazione, costruire una teoria sul funzionamento, è un esercizio importante. E si scopre che
ci sono diversi livelli di spiegazione, infatti. Come Magiotti, si stabilisce un assioma (tipo la pesantezza fa
andare a fondo, la bolla d’aria fa galleggiare), e da lì si
procede. Ragionando su causa ed effetto, e poi anche
considerando gli aspetti quantitativi.
- Non c’è solo galleggiare e affondare, ma anche stare
in equilibrio a mezza altezza. Anche questo è un fatto
da notare che stimola domande e interrogativi.
- in luogo della bottiglia di plastica si può usare una
bottiglia di vetro, soprattutto se dotata di un tappo che
può scorrere nel collo della bottiglia. In questo caso la
pressione si varia spingendo dentro e fuori il tappo.
- si possono usare anche altri recipienti, per esempio
un cilindro graduato e il palmo della mano (replicando così fedelmente l’esperimento di Magiotti), bottiglie grandi e piccole. Si possono dipingere o ornare i
flaconcini.
II.
III.
ANELLI
DI COLORANTE
TERMOMETRO
DI GALILEO
COSA SERVE
COSA SERVE
dal kit
- la bottiglia con il flaconicino “caraffina di Magiotti”
preparata nell’esperimento precedente
- la pipetta
è necessario procurarsi anche
- colorante alimentare o inchiostro
- un piccolo recipiente per l’acqua colorata (un tappo
va bene)
dal kit
- tre o quattro flaconcini
- la pipetta
è necessario procurarsi anche
- bicchiere e bottiglia vuota
COSA FARE
COSA FARE
1. preparare dell’acqua colorata abbastanza intensamente. Si può preparare nel tappo della bottiglia,
aggiungendo un po’ l’inchiostro (o colorante) e dell’acqua.
2. imparando dall’esperimento precedente, e usando
la pipetta, riempire il flaconcino con una piccola quantità di acqua colorata, affinché scenda a fatica, ma non
si inclini.
3. mettere il flaconcino ribaltato pieno di acqua colorata nella bottiglia. Tappare.
4. premendo la bottiglia, l’acqua sale nel flaconcino.
Rilasciando, essa esce, ed esce in forma di “anello di
fumo”, un anello fluido che si muove rotolando su sé
stesso dentro il fluido.
COSA NOTARE
- si possono “sparare” anelli lenti o veloci, si possono
sparare anelli uno dentro l’altro, ed essi si inseguono
superandosi a vicenda, entrando uno nell’altro.
1. preparare alcune “caraffine di Magiotti”, in modo che
siano molto sensibili, ovvero che basti un piccolo aumento di pressione per farli scendere.
2. inserire i diversi flaconicini nella bottiglia.
3. porre la bottiglia sul termosifone (o al caldo in generale). I flaconcini scendono, uno alla volta, dal più
sensibile al meno sensibile, man mano che la bottiglia
si scalda.
4. porre la bottiglia in frigo. I flaconcini all’interno salgono.
COSA NOTARE
- con questo principio erano costruiti alcuni termometri, come il cosiddetto “infingardo”, o il “termometro di
Galileo”, ancora oggi diffuso come giocattolo-gadget.
- l’aria raffreddandosi si comprime, riscaldandosi si
dilata, e i flaconcini si muovono di conseguenza (scendono col caldo e salgono col freddo).
IV.
circa un centimetro
INNAFFIATORE
DI FEYNMAN
COSA SERVE
dal kit
- la candelina
- una cannuccia
- lo spillo
- due graffette
è necessario procurarsi anche
- forbici
- una pinza
- un bicchiere e una bottiglia pieni d’acqua
- fiammiferi o accendino
7. tenendo la cannuccia con la pinza, portare le estremità dei tubicini sulla fiamma e dargli fuoco, in modo
che brucino insieme, la plastica fonda e i due tubi si
sigillino
COSA FARE
1. riempire d’acqua il bicchiere e la bottiglia (tenerli
chiusi per non allagare)
2. piegare la cannuccia come una “J” facendo attenzione a non rovinare la parte pieghevole
3. tagliare la cannuccia con le forbici in modo che la J
diventi una U o V
8. una volta che le estremità della cannuccia hanno
preso fuoco, rovesciare la pinza in modo che la plastica possa fondere senza colare lateralmente. In questo
modo la fiamma si spegne da sola, emettendo uno
sbuffo di fumo.
4. infilare due graffette nella cannuccia, senza rovinare
la parte pieghevole (si può anche infilarle in un secondo momento)
5. accendere la candela, con attenzione
Attenzione!
6. stringere la cannuccia con la pinza, non troppo forte, in modo da fare uscire le estremità dei tubicini per
fare attenzione alle fiamma libere della
candela accesa e della cannuccia.
Una volta completata la fusione della
cannuccia, raffreddarla nell’acqua, e
ricordarsi di spegnere la candela!
9. Sempre tenendo la cannuccia con la pinza, immergerla nel bicchiere pieno d’acqua per raffreddarla e solidificare la plastica fusa.
10. Fare due buchini sui tubi della cannuccia con uno
spillo, come mostrato in figura. Uno su un tubicino,
uno sull’altro tubicino.
11. Inserire la “cannuccia ballerina” nel bicchiere, dove
galleggia.
15. Aprire la bottiglia, prendere la “cannuccia ballerina”
dal bicchiere, travasarla nella bottiglia e richiudere la
bottiglia.
16. Come con la caraffina di Magiotti, premere la bottiglia con le mani per far scendere la cannuccia-innaffiatore, e rilasciare per farla risalire.
17. Ma se alterniamo pressione e non, possiamo far
“danzare”, “girare su se stessa”, la nostra cannuccia, o
cannucce, dentro la bottiglia.
COSA NOTARE
12. Stringere con delicatezza la cannuccia. L’aria viene
espulsa (si vedono le bolle uscire) ed entra dell’acqua
nella cannuccia.
13. Estrarre la cannuccia con l’acqua dentro, e strizzarla. L’acqua esce dai buchini spruzzando come con un
innaffiatoio da giardino.
14. In questo modo si può riempiere e svuotare la cannuccia. Ora mettere nella cannuccia una quantità d’acqua tale che essa galleggi “a pelo d’acqua” nel bicchiere
- Quando premiamo, entra acqua nella cannuccia e
comprime l’aria. Quando lasciamo, l’aria compressa
spinge fuori l’acqua. I getti d’acqua fanno girare su sé
stessa la cannuccia, che fa una piroetta.
- Dunque quando l’acqua esce dai due buchini, essa
“spinge” la cannuccia e la fa piroettare, esattamente
come un “innaffiatore da giardino”. Ma quando l’acuqa
entra attraverso i buchini? da che parte gira la cannuccia? Nello stesso verso? nel verso opposto? (non gira).
- questo è il “problema dell’innaffiatore da giardino
usato al contrario”, che risucchia l’acqua anziché espellerla. Questo “rompicapo” venne posto al giovane Richard Feynman, futuro nobel per la fisica.