Titolo: Aviazione – Sghiacciare un aereoplano

Titolo: Aviazione – Sghiacciare un aereoplano
Titolo: superfice e volume, proporzioni, peso,
densità, punto di congelamento dei liquidi
Tempo: 90 minuti
Età: 13-14
Differenziazione:
Linee guida, supporti ICT, etc.:
Livello più basso: Si
possono discutere i
processi chimici per
abbassare il punto di
fusione del ghiaccio
Si suggerisce di fare questa unità con un team misto di
insegnanti, uno di matematica e uno di chimica.
Livello più basso: La
modellazione della
superficie dell'aereo con
figure giometriche nella
scheda 1 può essere
semplificata
Se possibile, si può portare un modello di aereo a lezione per
mostrare le varie aree che possono essere ricoperte di
ghiaccio sul modello e non solo sul disegno
Materiale richiesto per l'attività:
Obiettivi di apprendimento dell'attività:
Schede
Gli studenti dovrebbero essere capaci di comprendere
il bisogno dello sghiacciamento di un aereo
Opzionale: Modello di aereoplano
Opzionale: Computer col software
GeoGebra
Conoscenze richieste:
Calcolo della superficie di un
cilindro
Concetto di massa e densità
Conncetto di modifica del punto di
congelamento dei liquidi
Miscelazione di prodotti chimici
Salute e sicurezza:
Gli studenti dovrebbero essere capaci di modellare e
calcolare o stimanre l'area di superficie di oggetti
complessi
Gli studenti dovrebbero essere capaci di calcolare il
peso di ghiaccio o neve su un aereo
Gli studenti dovrebbero essere capaci di elencare
vantaggi e svantaggi dei vari fluidi sghiaccianti e
degli altri metodi sghiaccianti
Descrizione della lezione
Attività iniziale
Inizia con domande aperte: "Chi ha volato su un aereo?", "Chi ha osservato lo sghiacciamento
di un aereo?", "Perché pensate che sia necessario?", etc. In alternativa, l'unità può iniziare
mostrando un video di sghiacciamento.
Attività principale
Gli studenti si dividono in gruppi di due o tre. A ogni gruppo viene data la scheda 1 e ci lavora
sotto la supervisione dell'insegnante di matematica. A questo segue un breve confronto dei
risultati. Quindi ai gruppi viene data la scheda 2, e lavorano sotto la supervisione
dell'insegnate di chimica. Ancora segue un confronto dei risultati ottenuti.
Attività conclusiva
Il questionario è usato dagli insegnanti di matematica e chimica nella sessione conclusiva per
avvicinare l'argomento alle domande di senso comune. Il questionario può essere visualizzato
su uno schermo o su una lavagna.
Aviazione – Sghiacciare un aereoplano
Scheda 1
Scene come quella sopra possono essere osservate nella maggior parte degli aeroporti
d'inverno. Gli aerei vengono sghiacciati, cioè lo strato di ghiaccio (a volte neve) viene
rimosso dalle ali degli aerei (a volte anche dal timone e da altri elementi per virare),
solitamente con l'aiuto di sostanze chimiche. Ma perché è necessario fare queste operazioni?
Obiettivo 1: Sotto c'è lo schema di un Airbus 330-300. Usa lo schema per stimare l'area
dell'ala (puoi anche importare lo schema in GeoGebra e misurare lì la grandezza dell'ala), e la
superficie totale dell'aereo (puoi considerare che il corpo principale dell'aereo sia un cilindro;
non dimenticare di considerare anche la parte inferiore delle ali).
Obiettivo 2: Quanto pesa uno strato di 5cm di neve (la densità della neve è circa 100 kg/m3)
che copre entrambe le ali?
Obiettivo 3: Col tempo freddo, tutto l'aereo puo essere ricoperto di uno strato di ghiaccio.
Supponi che questo strato sia spesso 1mm. Stima quanto pesa questo strato, e poi usa i
risultati dell'Obiettivo 1 e calcola il peso dello strato di ghiaccio (la densità standard del
ghiaccio è 916,7 kg/m3).
Nota: Il maggiore pericolo non deriva comunque dal peso del ghiaccio, ma dalla sua
influenza negativa sulle proprietà aerodinamiche dell'aereo. Un sottile strato di ghiaccio di 0,1
mm sulle ali può ridurre il sollevamento delle ali del 30 %!
Aviazione – Sghiacciare un aereoplano
Scheda 2
Lo sghiacciamento al suolo di aeroplani commerciali è fatto prevalentemente con sostanze
chimiche. Sono solitamente usati quattro tipi di sostanze. Ci sono miscele di acqua, glicole
(solitamente glicole etilenico o glicole propilenico), ed eventualmente un addensante, in
proporzioni variabili. Tecnicamente c'è una distinzione tra sghiacciamento (rimozione del
ghiaccio già presente) e antighiaccio (prevenzione della comparsa di nuovo ghiaccio), e il
Tipo I è prevalentemente usato solo per sghiacciare, mentre gli altri tre tipi possono essere
usati anche come antighiaccio.
Obiettivo 1: Trova la temperatura di congelamento di una miscela di 20% acqua e 80%
glicole propilenico. Questo è un tipico fluido di sghiacciamento di Tipo I. Ha una bassa
viscosità ed è pertanto usato prevalentemente per rimuovere il giaccio già presente.
Obiettivo 2: Un tipico fluido di sghiacciamento di Tipo IV consiste di circa 49% acqua, 50%
glicole e 1% addensante più altre sostante chimiche. Quale sarebbe il punto di congelamento
di questa miscela ignorando l'1% di addensante e delle altre sostante chimiche?
Obiettivo 3: La miscela chimica descritta nell'Obiettivo 2 fornisce un'ottima protezione per
prevenire la formazione di nuovo ghiaccio sulle ali (ha un lungo tempo di efficacia). Perché
pensi che questa miscela non sia usata sempre nonostante le sue buone proprietà protettive?
Obiettivo 4: Perché una miscela 60:40 di glicole (punto di congelamento –12 °C) e acqua
(punto di congelamento 0 °C) ha un punto di congelamento (–45 °C) più basso di entrambi i
fluidi componenti?
Nota: In volo, nella maggior parte degli aerei le ali sono sghiacchiate con metodi elettrici
(aerei ad elica) o termici (aerei a reazione; questi usano l'aria calda del motore a reazione che
scorre lungo i canali vuoti delle ali). Lo sghiacciamento elettrico richiede molta energia e
quindi è usato raramente per sghiacciare a terra. Lo sghiacciamento termico non può essere
usato a terra, in quanto le ali si surriscalderebbero (non c'è un flusso d'aria che le raffredda).
Aviazione – Sghiacciare un aereoplano
Questionario
Alcune domande per riassumere la lezione e iniziare una discussione.
Domanda 1: Pensi che lo sghiacciamento a volte si possa fare solo con acqua calda? Quando
si può fare, e perché?
Domanda 2: Perché il metodo standard di sghiacciamento delle strade – il sale – si usa
sempre meno?
Domanda 3: Supponi che un aeroplano sia di dimensione la metà (sia per larghezza che per
lunghezza) dell'Airbus 330-300 della scheda 1. Se è coperto anch'esso da uno strato di 1mm
di ghiaccio, questo strato peserebbe metà, il doppio o un quarto di quanto pesa lo strato
dell'Obiettivo 3 della scheda 1?
Domanda 4: Pensi che vengano usati gli stessi fluidi di sghiacciamento per togliere il
ghiaccio dalla pista?
Domanda 5: I fluidi di sghiacciamento (miscele di glicole e acqua) non sono sempre usati
puri, ma mischiati con altra acqua. Perché pensi che venga fatto?