Prendiamo un po` d`aria

Il Giardino della Scienza
SE ASCONA
In collaborazione con
Comune di Ascona
Prendiamo un po’ d’aria
L’aria non si vede ma spinge, frena, gonfia, muove, solleva, schiaccia, si dilata, soffia e
abbiamo preparato una serie di esperimenti per mostrarlo.
L’aria non si vede: l’aria è presente (quasi) ovunque attorno a noi
1
Cosa contiene una bottiglia di plastica? Un po’ d’acqua e poi?
E se la schiacciamo? Si deforma?
No, se non svitiamo il tappo!
La bottiglia contiene l’aria.
http://www.100ambiente.it/index.php?/archives/8-Lacqua-in-bottiglia-di-plastica.html
Domande: nelle nostre tasche c’è dell’aria?
Cosa significa “sottovuoto”? Hai già visto dei cibi
sottovuoto?
Sviluppi: l’aria di cosa è fatta? E’ presente ovunque con la
stessa densità ? (pensiamo alla differenza tra montagna e
pianura)
1
2
Vortex bottle connector
Perché l’acqua non scende dalla bottiglia superiore o lo fa
molto lentamente?
L’aria presente nella bottiglia inferiore e la proprietà
dell’acqua di formare delle gocce (forza di coesione)
impediscono all’acqua di scendere.
Se facciamo ruotare la bottiglia in modo che la base faccia
da perno, l’acqua che aderisce alle pareti (forza di adesione)
si muoverà a una velocità maggiore di quella al centro e
formerà un vortice. Si crea un “buco nell’acqua” che svuoterà
rapidamente la bottiglia.
Con liquidi come l’olio o l’acqua e sapone (o se l’acqua è da un
po’ nella bottiglia) il comportamento è diverso, c’è sempre un
po’ di liquido che passa attraverso il foro verso il basso.
L’aria aspira: la fontana di Erone, l’imbuto e il Windtube
3
Come si forma la fontana di Erone?
Nella fontana di Erone, l’acqua scende dalla bottiglia
superiore piena attraverso una delle cannucce e l’aria scorre
velocemente in alto attraverso l’altra. Si genera una
depressione che risucchia l’acqua attraverso dei fori,
nascosti dal tappo di plastica, ed esce dall’estremità
superiore formando la fontanella.
Fountain connection
4
Come mai la pallina di polistirolo si solleva soffiando nel
tubo ?
L’aria in movimento, creata con il soffio, genera una
depressione che risucchia la pallina di polistirolo, questa è
spinta verso l’alto dalla pressione atmosferica esercitata
dall’aria che la circonda.
5
Come mai il cono di carta si solleva soffiando nel collo della
bottiglia?
L’aria in movimento (creata con il soffio) crea anche qui una
depressione che risucchia il cono di carta, questo è spinta
verso l’alto dalla pressione atmosferica presente nell’aria che
lo circonda.
6
Windtube
Il Windtube è un lungo sacchetto di plastica. Perché si
riempie meglio soffiando da una certa distanza invece che
soffiando direttamente con la bocca a contatto con
l’imboccatura?
Soffiando uno “spiffero” a bocca socchiusa nel Windtube da
una certa distanza, si forma una depressione che viene
compensata dall’aria circostante a pressione atmosferica. Il
sacco si riempie quindi di aria proveniente dall’ambiente e
non dai polmoni di chi soffia.
2
L’aria spinge: il Diavoletto di Cartesio
7
Come mai schiacciando le pareti della bottiglia, il diavoletto
di Cartesio (o il calamaro) scende mentre lasciando le
pareti, questo risale?
Cartesian devil
Schiacciando le pareti della bottiglia si comprime l’aria
nell’alto della bottiglia e la pressione si trasmette all’acqua
che entra all’interno dalla coda/pipetta rendendo più
pesante il Diavoletto/calamaro e quindi facendolo scendere
(principio di Archimede). Al contrario, liberando le pareti
della bottiglia, la pressione dell’aria diminuisce, l’acqua
ritrova spazio nella bottiglia e quindi esce dalla
coda/pipetta rendendo il Diavoletto/calamaro più leggero.
L’aria occupa spazio
8
Perché è impossibile gonfiare una palloncino all’interno di una
bottiglia ?
La presenza dell’aria all’interno della bottiglia non lascia
spazio per gonfiare il palloncino, mentre se al fondo della
bottiglia si pratica un foro, l’aria può uscire dal buco
permettendo al palloncino di gonfiarsi.
L’aria si dilata e si contrae: bottiglia e palloncino con acqua calda
9
Come si comporta l’aria se la riscaldiamo, e se la
raffreddiamo?
Mettendo la bottiglia nel catino con acqua bollente, l’aria
presente nella bottiglia si scalda, si espande ovvero tende ad
occupare più spazio e quindi sale verso il palloncino
gonfiandolo.
Immergendo la bottiglia nell’acqua fredda, invece, l’aria
presente nella bottiglia si raffredda, si contrae sgonfiando il
palloncino.
L’aria solleva: pallina e pallone
10
La spinta dell’aria sostiene il peso della pallina. L’aria crea una
specie di tubo nel quale la pallina si solleva. Rimane nel “tubo”
perché l’aria soffiata che scorre sopra superficie curva della
pallina è più veloce dell’aria che passa al di sotto, la pallina
perciò riceve una pressione maggiore dal di sotto che la
sostiene.
3
11
Piegando il Phön, la pallina rimane sollevata grazie
all’equilibrio che si crea tra il peso della pallina e la forza
dovuta alla pressione differenza di pressione tra i due lati
della pallina. L’aria che fluisce sopra la pallina è più veloce
dell’aria che fluisce sotto e si crea la differenza di pressione
che spinge verso l’alto.
12
Se il flusso d’aria è sufficiente, si riesce a tenere sollevato
anche un pallone gonfiabile.
L’aria su può lanciare: l’Airzooka
13
Quando lanciamo aria con l’Airzooka contro un bersaglio
mobile (una tenda o una pianta) ne vediamo l’effetto dopo un
certo tempo. Perché?
L’Airzooka sembra non lanciare “nulla” ma in realtà lancia
dell’aria che si rende visibile quando colpisce un bersaglio
mobile come una tenda o dei capelli. Quest’aria impiega
qualche secondo prima di raggiungere la tenda. La risposta
quindi non è immediata. Questo significa che non si tratta di
aria che sposta altra aria come in un onda sonora bensì dello
stesso pacchetto di aria che, impiegando qualche secondo,
raggiunge la superficie desiderata. Questi pacchetti d’aria
prendono la forma dell’interno dell’ Airzooka. Questi sono
visibili utilizzando la macchina del fumo e hanno la forma di
un anello.
Airzooka
L’aria pesa: le ventose
14
Cos’è una ventosa?
È un oggetto a forma di coppa di gomma, o di altro materiale,
capace di aderire alle superfici lisce.
Schiacciando la ventosa sulla superficie liscia, tutta l’aria al di
sotto, esce. La pressione atmosferica, dovuta al peso dell’aria
sopra di noi, agisce sulla ventosa impedendo a quest’ultima di
staccarsi. La forza necessaria per staccarla è proporzionale
4
Pressure Pullers
15
alla superficie della ventosa.
Schiacciando la pallina, la ventosa aderisce alla superficie
liscia, la molla si contrae e solo dopo un po’ riesce a vincere la
forza della ventosa saltando in aria.
Per il grillo sono le zampe a fungere da molla.
L’aria fa strani scherzi: due palloncini
16
Perché, quando gonfiamo un palloncino, risulta più faticoso
soffiare all’inizio, quando il palloncino è ancora completamente
sgonfio, che quando il palloncino è già in parte gonfiato?
L’esperimento rende evidente come, aprendo i rubinetti, l’aria
presente nel palloncino piccolo si sposta verso il palloncino più
grande. Questo è dovuto alla pressione esercitata dalla parete
del palloncino, che in questo caso risulta maggiore nel palloncino
piccolo.
Two balloon surprise
La stessa cosa capita gonfiando un palloncino. All’inizio la forza
esercitata dalle pareti del palloncino è tale da far fatica a
soffiare l’aria all’interno, poi questa diminuisce e soffiare
diventa meno faticoso.
L’aria fa muovere: auto ad aria, razzi
17
L’aria può sprigionare una forza tale da mettere in movimento
delle macchinine.
L’impulso, massa d’aria che esce velocemente, dovuto all’aria
compressa nel palloncino è tale da spingere la macchinina nel
senso opposto.
18
L’elastico situato nel tubo, una volta caricato, si srotola
facendo girare l’elica.
Le pale dell’elica muovono indietro l’aria con una tale forza da
provocare il movimento in avanti della macchinina.
19
Come funziona un razzo ad aria ?
Pump rocket
Spingendo la parte posteriore, l’aria presente nel tubo viene
compressa esercitando una forza tale da vincere l’attrito del
razzo con il tubo, permettendogli così di partire.
La parte anteriore del razzo staccandosi compie una traiettoria
chiamata “parabola” prima di raggiungere il pavimento.
5
20
Finale con i palloncini sonori!
L’aria che esce fa vibrare la parte terminale del palloncino
emettendo un fischio. Il loro moto è del tutto caotico e
casuale.
Rocket balloons
Costruzione del razzetto ad aria
Materiale :
. 1 palloncino
. 1 cannuccia pieghevole
. 1 cannuccia dal diametro leggermente più grande della cannuccia pieghevole (cannuccia grossa)
. 1 pezzetto di spugna (cubetto di 2 * 2 * 2 cm)
. plastilina
. talco
. collo di una bottiglia PET
Procedimento:
1. Con l’ausilio di un collo di bottiglia PET, far scivolare prima del talco e poi il pezzetto di
spugna nel palloncino.
2. Tagliare la cannuccia pieghevole 1/3 del lato lungo della cannuccia pieghevole.
3. Creare una anello di plastilina attorno alla cannuccia pieghevole a una distanza di 1 cm dalla
piegatura sul lato corto.
4. Inserire il lato corto della cannuccia nel palloncino.
5. Usare l’anello di plastilina per chiudere ermeticamente il palloncino e soffiare dal lato lungo
della cannuccia nel palloncino per accertarsi che non ci siano perdite di aria.
6. Tagliare un pezzo di ca 5-6 cm di cannuccia più grossa.
7. Coprire ermeticamente un lato del pezzo di cannuccia grossa con della plastilina.
8. Inserire il lato corto della cannuccia pieghevole nel pezzo di cannuccia grossa.
Ora tutto è pronto per il primo lancio!
Figure 1-8
6
Costruzione di una girandola (da Divertiamoci con la scienza di Brenda Walpole Ed. De Agostini
ragazzi)
Materiale :
• cartoncino sottile o carta robusta
• 1 cappuccio di una bottiglia di detersivo liquido
• 1 bastoncino
• 1 chiodo lungo 38 mm
Procedimento:
1. Riportare la forma sottostante sul cartoncino. Tracciare le linee e i cerchi.
Figura 1 :
2. Tagliare il cartoncino lungo le righe tratteggiate e praticare i fori dove indicato.
3. Ripiegare i 4 angoli e incollarli fra loro .
4. Fissare il cappuccio della bottiglia di detersivo al centro della girandola e spingere l’estremità
piccola finché esce dall’altra parte della girandola.
5. Infilare il chiodo al centro del cappuccio e piantarlo nel bastoncino con il martello.
Figura 2:
7
6. Soffiare verso la girandola
7. Funziona meglio se si soffia di fronte o di lato?
Cosa succede
La girandola gira e gira meglio se si soffia di lato.
Perché :
L’aria soffiata raggiunge le “pale” della girandola facendola girare. Questa gira meglio se si soffia di
lato perché l’aria raggiunge meglio l’interno delle pale e quindi lavora con più forza.
Dove trovare il materiale per gli esperimenti
2, 3, 6, 7, 13, 14, 15, 16, 19, 20 Educational Innovations www.teachersource.com
17, 18 Opitec www.opitec.it www.opitec.ch
Altri esperimenti: negozi Do It , bottiglie di PET, palloncini, materiale scolastico
“Prendiamo un po’ d’aria” visto dai bambini della scuola dell’infanzia di Intragna
Testo e foto: Agata Filippini e Giorgio Häusermann
Per informazioni: Giorgio Häusermann [email protected]
http://www.aspti.ch/giocafisica/
8