Le schede delle attività educative da realizzare

ATTIVITÀ “L’ACQUA ESERCITA UNA FORZA”
Obiettivi
Gli oggetti galleggiano perché l’acqua esercita su di
essi una spinta: la spinta di Archimede.
Difficoltà
Difficile
Tempo di esecuzione
1 ora
Elenco materiali
 un cilindro metallico
 un dinamometro
 becher con acqua
 un becher di olio, uno di alcool, uno di acqua
salata
 una vite, delle graffette
 una bacinella con acqua
 scatolina di plastica trasparente
 contenitori che contengono le sorprese delle
uova di pasqua.
Modalità di esecuzione
Prendere un cilindro metallico e agganciarlo ad un dinamometro posto in verticale e misurato il suo
peso in aria (Pin aria). Poi introdurre in acqua lo stesso cilindro, mantenendolo agganciato al
dinamometro, e misurare il peso in acqua del cilindro (Pin acqua).
Calcolare la differenza: (Pin aria) - (Pin acqua).
Cosa rappresenta tale differenza?
In acqua agisce, oltre alla forza peso P che spinge il corpo verso il basso, un’altra forza, che
chiamiamo spinta S che è opposta al peso, cioè verso l’alto, e che, in parte o del tutto, lo neutralizza,
rendendo appunto il corpo più leggero.
È evidente che:
Quando il peso supera la spinta P > S e il corpo affonda
Quando la spinta supera il peso P < S e il corpo galleggia
Quando peso è spinta sono equivalenti P = S e il corpo sta in equilibrio.
La forza S, chiamata Spinta Idrostatica, è quindi la differenza tra il peso del corpo misurato in aria
(senza la spinta dell’acqua) e il peso del corpo misurato nell’acqua (in cui invece agisce la spinta). S
= Pin aria – Pin acqua
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Ma da cosa dipende questa spinta?
1. La spinta dipende dal liquido in cui immergiamo il corpo? (se è per esempio più o meno
“denso”?)
Ripetere l’esperienza della “pesata” del cilindro immergendolo in liquidi diversi: olio, alcool, acqua
salata. Ci si accorge che , rispetto al peso in acqua, il cilindro pesa di meno nell’acqua salata, di più
nell’olio e nell’alcool ( ma “pesa” di più in alcool rispetto all’olio). Considerando che il peso specifico
dei liquidi in esame si può disporre nel seguente ordine: Ps (acqua salata) > Ps (acqua ) > Ps (olio) >
Ps (alcool).
Possiamo ragionevolmente affermare che liquidi “leggeri” danno spinte poco intense e liquidi
“pesanti” spinte più intense. Quindi: la spinta dipende dal peso specifico del liquido in cui è
immerso il corpo.
2. La spinta dipende dal peso del corpo immerso?
Prendere due bulloni e delle graffette, metterli in acqua e osservare che affondano. Mettere poi gli
oggetti dentro una scatolina di plastica trasparente, chiuderla e metterla in acqua. La scatoletta con i
bulloni e le graffette galleggia in acqua.
Se fosse il “peso” a determinare il valore della spinta non potremmo spiegare il comportamento degli
oggetti nella scatola.
3. La spinta dipende dal volume del corpo immerso?
Continuare aprendo la scatola e ponendola di nuovo in acqua: galleggia.
Uno alla volta aggiungere piccoli bulloni e graffette.
Man mano che aumenta il “carico” la scatoletta inizia ad affondare.
Ora provare un'altra cosa: mettere tutti gli oggetti che erano nella scatola trasparente quando è
affondata, dentro uno di quei contenitori che contengono le sorprese delle uova di pasqua. Lo stesso
carico nel nuovo contenitore non affonda... cosa è successo?
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Il nuovo contenitore differisce dal primo perché occupa un volume maggiore della scatola così come
la scatola trasparente occupava a sua volta un volume maggiore dei bulloni e graffette “nude”.
Quindi:
 abbiamo visto che corpi di grande peso galleggiano (per esempio le navi) e corpi di piccolo
peso affondano (un bullone, una graffetta, ecc.);
 abbiamo visto che a parità di peso a volte un corpo affonda e a volte galleggia (i bulloni e le
graffette da sole affondano, nella scatoletta galleggiano);
 a parità di peso un corpo galleggia o affonda in base al volume che occupa (un autotreno
affonderebbe in mare ma dentro il traghetto galleggia).
Conclusioni
La spinta che il corpo riceve nel liquido non dipende dal peso ma dal volume di liquido spostato, cioè
dal volume del corpo immerso.
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ATTIVITÀ “GIOCA CON LA BOTTIGLIA”
L'attività mette in evidenza come l'aria eserciti una pressione correlata con la pressione di una
colonna d'acqua.
Obiettivi
Capire come l'aria esercita una forza: la pressione
atmosferica è equivalente alla pressione esercitata
da una colonna d’acqua alta circa 10 m.
Difficoltà
Facile
Tempo di esecuzione
30 minuti
Elenco materiali
 un bricco per versare l'acqua,
 acqua,
 bottiglie (o contenitori trasparenti) di diversa
capacità,
 carta stagnola,
 un imbuto,
 una bacinella,
 un tavolo d'appoggio.
Modalità di esecuzione
Si riempiono d’acqua le bottiglie (non è necessario che siano colme d’acqua), si poggia la carta
sull’imboccatura, si capovolge la bottiglia tenendo la mano sull'imboccatura e facendo attenzione che
il foglio di carta aderisca bene, si toglie la mano e il foglio, come per magia, rimarrà attaccato. Ma chi
lo mantiene?
Questo gioco è molto semplice per cui si può chiedere ai ragazzi di provare (per le bottiglie più grandi
far provare ai visitatori adulti). Si può iniziare dalla bottiglia più piccola e via via prendere bottiglie
sempre più grandi scommettendo di volta in volta sulla riuscita. I ragazzi vanno incuriositi sul
fenomeno con domande del tipo: "Via via che prendo bottiglie più grandi il gioco si complica?
Perché?"; "Perché il foglio di carta stagnola non cade? Chi lo mantiene?"; "Esiste un limite a questo
gioco? E da cosa dipende questo limite".
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Cosa accade
L’acqua nella bottiglia tenderebbe a scendere a causa del suo peso e quindi a spingere il foglio di
carta. Anche l'aria che è fuori esercita una forza (in verso opposto) sul foglio di carta e ne impedisce
la caduta. Esiste un limite a questo gioco? Si, ma non è fissato dalla quantità di liquido (e quindi dal
peso) bensì dalla sua altezza.
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ATTIVITÀ “IL DIAVOLETTO DI CARTESIO”
Tematica acqua. Il diavoletto di Cartesio o ludione è uno strumento di misurazione della pressione
dei liquidi. Deve il suo nome a quello di René Descartes latinizzato in Cartesius. Si attribuisce infatti
la sua ideazione a Cartesio, nel 1640; in realtà però fu inventato dall'italiano Raffaello Magiotti e
descritto per la prima volta nel 1648.
Obiettivi
Osservare i seguenti fenomeni:
 la spinta di Archimede
 la pressione idrostatica
 il fatto che l’aria, essendo un gas, è
comprimibile mentre l'acqua essendo un
liquido è incomprimibile
Difficoltà
Difficile
Tempo di esecuzione
 30 minuti
Elenco materiali
 una bottiglia di plastica da 1,5 litri di acqua
 una lattina di alluminio vuota
 due pennarelli esauriti a punta larga
 un filo di rame sottile
 seghetto, punteruolo, forbici
Modalità di esecuzione
Si costruisce il diavoletto prendendo una bottiglia piena d'acqua e inserendoci al suo interno il
diavoletto autocostruito come indicato nella sequenza dei disegni qui di seguito.
Il diavoletto che è provvisto di un foro è pieno d'aria e non appena lo abbiamo immerso al suo interno
è entrata un po' d'acqua.
Ora, esercitando una pressione su un qualunque punto della bottiglia, si ottiene un aumento di
pressione in ogni punto della bottiglia. Questo permette che altra acqua entri nel diavoletto e che
l'aria al suo interno venga compressa.
Pertanto il diavoletto aumenta il proprio peso e affonda dato che la spinta che riceve è minore del suo
peso. Nel momento in cui la pressione sulla bottiglia diminuisce, il diavoletto espelle l'acqua, la spinta
idrostatica torna ad essere maggiore del peso del diavoletto e questo risale.
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ATTIVITÀ “IL POTABILIZZATORE”
Difficoltà di esecuzione
Media
Tempo
1 ore
Elenco materiali
 4 bottiglie di plastica da 1,5 litri
 un punteruolo e un paio di forbici
 acqua sporca con terra e foglie
 due pugni di ciascuno di questi materiali:
cotone, sabbia, ghiaia e carbonella
Modalità di esecuzione
Ecco come procedere per creare un piccolo
“potabilizzatore casalingo”:
1) prendere quattro bottiglie della stessa forma:
 tagliare una bottiglia a 20 cm d’altezza dal
fondo e due a 12 cm;
3) fare una decina di fori sui fondi di B, C e D;
4) stendere sul fondo dei recipienti B e C uno strato di cotone ed uno strato di ghiaia;
5) aggiungere uno strato di sabbia nella bottiglia B;
6) aggiungere uno strato di carbonella ben triturata nel contenitore C;
7) incastrare uno sull’altro i recipienti A – B – C – D senza però incollarli, in modo che il filtro possa
essere successivamente smontato.
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Come funziona
Versare l'acqua sporca nel recipiente in alto ricordandosi di tenerne un po' per il confronto finale.
Osservare come attraversando i vari strati, l'acqua si liberi delle particelle più grossolane prima e poi
di quelle più sottili.
Fare il confronto tra l'acqua sporca versata e quella che ottenuta dopo la filtrazione e notare che
quest'ultima è molto più pulita.
ATTENZIONE: nell’acqua filtrata dal “potabilizzatore”, anche se ad occhio nudo è limpida, ci sono
tante impurità perché non è stata disinfettata: per questo motivo non si può bere!
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