BOX DI ESPERIMENTI 1.0

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1 BOX DI ESPERIMENTI 1.0 Materiali, istruzioni, e spiegazioni per la realizzazione di 20 esperimenti scientifici Italiano Gratuito per scopi educativi Richiedi la licenza >> Autore: Saso Zigon Consulente: Fedor Tomazic Redazione e correzione bozze: Peter Avbar, Nidja Tomazic Traduzione: Paola Mignosi, Mariapia Borghesan, Luca Sarasini Web page:

2 Tavola dei contenuti Esperimento Istruzioni Spiegazioni 1. Può l aria sostenere l acqua? p. 7 p Trasporto da un bicchiere all altro p. 8 p Il serbatoio di acqua p. 9 p Il sifone pp. 10, 11 p La campana subacquea p. 12 p La ventosa aspirante p. 13 p Il botto della siringa p. 14 p Il sollevatore idraulico pp. 15, 16 p Sparare una pallina p. 17 p Il palombaro cartesiano pp. 18, 19 p Perché le navi affondano? pp. 20, 21 p La graffetta galleggiante pp. 22, 23 p Perché la pallina rimbalza? p. 24 p Il dado che cade pp. 25, 26 p L attrito pp. 27, 28 p Il fischietto pp. 29, 30 p Il tappo magico pp. 31, 32 p Le bolle d aria pp. 33, 34 p La lente d acqua p. 35 p La forza elettrica p. 36 p. 56 Tieni premuto CTRL e clicca sul link! 2

3 Materiali: Un contenitore di plastica ( ) Un coperchio ( ) Un tubo di plastica ( ) Un pezzetto di tubo di plastica ( ) Due bicchieri di plastica ( ) Una pipetta o contagocce ( ) 3

4 Una bottiglia di plastica ( ) Una ventosa ( ) Una cannuccia ( ) Plastilina ( ) Una pallina di polistirene (polistirolo) ( ) Un dado metallico ( ) 4

5 Una siringa grande ( ) Una siringa piccola ( ) Tessuto ( ) Un batuffolo di cotone ( ) Un tappo metallico ( ) Un elastico di gomma ( ) 5

6 Una forchetta di plastica ( ) Una graffetta ( ) Un foglio di plastica ( ) Uno spago ( ) 6

7 Esperimento PUO L ARIA SOSTENERE L ACQUA? Materiali: un contenitore di plastica, un bicchiere di plastica, un foglio di plastica 1. Versa l acqua nel bicchiere arrivando circa a metà. 3. Solleva il bicchiere, sempre coperto dal foglio di plastica, e mantieniti sopra il contenitore. 2. Copri il bicchiere con il foglio di plastica. 4. Trattieni foglio e bicchiere e gira sottosopra il bicchiere in modo che il foglio di plastica rimanga sotto il bicchiere. Ora non trattenere più il foglio di plastica. Potrai vedere che l acqua non fuoriesce dal bicchiere. Attenzione però a non strizzare il bicchiere! Spiegazione >> 7

8 Esperimento TRASPORTO DA UN BICCHIERE ALL ALTRO Materiali: due bicchieri di plastica, una cannuccia 1. Riempi un bicchiere con acqua. Posiziona il bicchiere vuoto accanto al primo. 4. Togli la cannuccia dall acqua mantenendo il dito sull apertura superiore. Posiziona ora la cannuccia sopra il bicchiere vuoto. 2. Inserisci la cannuccia nell acqua.. 3. Posiziona il dito sulla cima della cannuccia. 5. Solleva il dito. L acqua scende nel secondo bicchiere. Ripeti la procedura più volte. Spiegazione >> 8

9 Esperimento IL SERBATOIO DI ACQUA Materiali: un contenitore di plastica, una bottiglia di plastica 1. Riempi il contenitore di acqua fino a circa metà. 3. Gira la bottiglia di plastica sottosopra e mantieni l apertura della bottiglia nel contenitore riempito di acqua, come mostrato in figura. Puoi osservare che l acqua non fuoriesce dalla bottiglia. Spiegazione >> 2. Riempi la bottiglia di acqua. 9

10 Esperimento IL SIFONE Materiali: un contenitore di plastica, una bottiglia di plastica, un tubo di plastica, una siringa grande, un bicchiere di plastica 1. Gira il contenitore sotto sopra e disponi il bicchiere di plastica accanto. 3. Aggancia una estremità del tubo di plastica sul beccuccio della siringa. 2. Riempi la bottiglia di plastica con acqua e disponila sopra il contenitore. 4. Inserisci l altra estremità del tubo di plastica all interno della bottiglia sino a toccarne il fondo. Riempi il tubo di plastica con acqua tirando lo stantuffo della siringa. Il tubo deve essere completamente riempito di acqua. 10

11 5. Trattieni la siringa e il tubo in modo che il beccuccio della siringa rimanga sopra il bicchiere. 7. Potrai osservare l acqua che fuoriesce dalla bottiglietta e va a riempire il bicchiere. Questo dispositivo viene chiamato sifone. 6. Togli il tubo di plastica dal beccuccio e inseriscilo immediatamente nel bicchiere. Non sollevare il tubo di plastica! Spiegazione >> 11

12 Esperimento LA CAMPANA SUBACQUEA Materiali: un contenitore di plastica, un bicchiere di plastica, una pallina di polistirene 1. Riempi il contenitore con acqua e immergi la pallina. 3. Spingi delicatamente il bicchiere in modo che tocchi il fondo. Puoi vedere che l acqua non entra nel bicchiere. 2. Copri la pallina con il bicchiere di plastica. Spiegazione >> 12

13 Esperimento LA VENTOSA ASPIRANTE Materiali: una ventosa, un contenitore di plastica, uno spago, una graffetta ATTENZIONE: non cercare di staccare la ventosa tirando l ansa di metallo, potresti danneggiarla. Puoi rimuove la ventosa con una graffetta come illustrato in figura. 1. Gira sottosopra il contenitore di plastica come illustrato in figura. Metti la ventosa sul fondo del contenitore e fai pressione. 3. Usa la graffetta per rimuovere la ventosa dal contenitore: disponila delicatamente sotto la ventosa e aspetta finché non si allenta. Non rimuovere la ventosa tirandone l ansa! 2. Potrai osservare che la ventosa si è attaccata al contenitore e potrai sollevarlo tirano l ansa della ventosa. 4. Prova a premere la ventosa sul contenitore dopo aver disposto lo spago sotto la ventosa. Potrai vedere che la ventosa non aderisce al contenitore. Spiegazione >> 13

14 Esperimento IL BOTTO DELLA SIRINGA Materiali: una siringa grande, plastilina ATTENZIONE: Non Indirizzare la siringa con la palla verso di voi (o verso altre persone), perché la pallina potrebbe essere sparata con forza. 1. Prendi la siringa grande e spingi lo stantuffo in modo che fuoriesca tutta l aria.. 4. Indirizza la siringa lontano da te o da altre persone. Tira lo stantuffo al massimo e rilascialo. 2. Crea con le tue mani una pallina di plastilina. 5. Quando rilasci lo stantuffo, esso ritorna immediatamente alla sua posizione iniziale. Quando lo stantuffo colpisce il fondo della siringa causa un BANG e per di più, la pallina può essere sparata con forza. 3. Disponi la pallina sul beccuccio della siringa. Spiegazione >> 14

15 Esperimento IL SOLLEVATORE IDRAULICO Materiali: un contenitore di plastica, il tappo del contenitore, un tubo di plastica, una siringa grande, una siringa piccola 1. Riempi il contenitore con acqua fino a raggiungere la metà. 3. Inserisci bene il beccuccio della siringa grande nel tubo di plastica. 2. Riempi la siringa grande con acqua estraendo al massimo lo stantuffo. 4. Spingi lo stantuffo della siringa grande in modo da riempire perfettamente il tubo con acqua. Fai attenzione: dell acqua deve rimanere nella siringa. 15

16 5. Tira e spingi più volte lo stantuffo della siringa piccola per agevolarne lo scorrimento. Dopo aver tolto tutta l aria dalla siringa piccola, metti l estremità libera del tubo di plastica sul beccuccio della siringa piccola. 7. Disponi il contenitore, riempito di acqua e coperto con il proprio coperchio, sul bordo della scrivania in modo che circa 2 cm fuoriescano dal tavolo di appoggio. Disponi lo stantuffo della siringa grande sotto il contenitore come mostrato in figura. Attenzione a non muovere la mano! 6. Hai così creato un sistema di due siringhe collegate tra loro da un tubo di plastica. Spingi lo stantuffo di una siringa e cerca di trasferire l acqua da una siringa all altra. 8. Mentre spingi lo stantuffo della siringa piccola: il contenitore si dovrebbe sollevare. Hai appena costruito un modello di sollevatore idraulico. Spiegazione >> 16

17 Esperimento SPARARE UNA PALLINA Materiali: una pallina di polistirene (polistirolo), una bottiglia di plastica ATTENZIONE: non dirigere la pallina verso di te o altre persone. 1. Metti la pallina sull imboccatura della bottiglia. Con un dito colpisci più volte, delicatamente, la pallina. Non usare troppa forza perché potresti danneggiare la pallina oppure potresti farla entrare nella bottiglia. 3. Quando la bottiglia è sufficientemente compressa, la pallina viene sparata dalla bottiglia. Stai attento a non indirizzare la pallina verso di te o verso altre persone. 2. Inizia a comprimere delicatamente la bottiglia con entrambe le mani. Spiegazione >> 17

18 Esperimento IL PALOMBARO CARTESIANO Materiali: un contenitore di plastica, una pipetta (contagocce), una bottiglia di plastica con tappo 1. Riempi la bottiglia con acqua e inseriscila nel contenitore. 2. Disponi la pipetta nella bottiglia tenendo la parte di gomma verso l alto. 3. Avvita bene il tappo sulla bottiglia. 18

19 4. Preleva la bottiglia e disponila sulla scrivania. 5. Comprimi delicatamente la bottiglia. Potrai vedere che la pipetta scende. Rilasciando la bottiglia, la pipetta torna a galla. Puoi ripetere l esperimento utilizzando una bottiglia più grande. Spiegazione >> 19

20 Esperimento PERCHE LE NAVI AFFONDANO? Materiali: un contenitore di plastica, plastilina, una siringa grande 1. Versa l acqua nel contenitore arrivando circa a metà. 3. Immergi la pallina nell acqua. Puoi vedere che la pallina affonda. 2. Utilizza le tue mani per creare una piccola pallina di plastilina. 4. Preleva dall acqua la pallina di plastilina e rimodellala creando una piccola barchetta (simile ad una piccola ciotola). 20

21 5. Disponila delicatamente sulla superficie dell acqua. Potrai vedere ora che galleggia. 7. Quando la barchetta viene riempita adeguatamente con acqua, essa affonda. 6. Riempi la siringa grande con acqua. Premi lo stantuffo e riempi gradualmente la barchetta con acqua. Spiegazione >> 21

22 Esperimento LA GRAFFETTA GALLEGGIANTE Materiali: un contenitore di plastica, una graffetta, una forchetta di plastica NOTA: L esperimento non riesce se vi sono tracce di detersivo sul contenitore di plastica, sulla forchetta oppure sulla graffetta. 1. Versa l acqua nel contenitore arrivando circa a metà. 2. Disponi la graffetta sul bordo della forchetta di plastica come mostrato in figura. 22

23 3. Immergi molto lentamente e delicatamente la forchetta e la graffetta nell acqua. 5. Se osservi da vicino la graffetta potrai vedere che la graffetta non rompe lo strato superficiale dell acqua. Spiegazione >> 4. Fai fuoriuscire dall acqua, lentamente, la forchetta, facendo attenzione a non toccare la graffetta. Potrai vedere che la graffetta galleggia sulla superficie dell acqua e non affonda, come ci si potrebbe aspettare. 23

24 Esperimento PERCHE LA PALLINA RIMBALZA Materiali: una pallina di polistirene, plastilina 1. Modella con le tue mani una piccola pallina di plastilina. 4. Potrai vedere che la pallina di polistirolo rimbalza mentre la pallina di plastilina non riesce a rimbalzare. 2. La pallina modellata deve avere dimensioni simili alla pallina di polistirolo. 5. Osserva bene le palline dopo aver svolto l esperimento. Potrai osservare che la pallina di plastilina si è deformata mentre la pallina di polistirolo è rimasta inalterata. 3. Fai cadere le palline simultaneamente da un altezza opportuna. Spiegazione >> 24

25 Esperimento IL DADO CHE CADE Materiali: una bottiglia di plastica, un dado metallico, una siringa grande NOTA: Il seguente esperimento richiede una grande dose di pazienza poiché difficilmente riesce al primo tentativo. Non rinunciare e vedrai che riuscirai. 1. Estrai completamente lo stantuffo dalla siringa. Per questo esperimento avrai bisogno solo dello stantuffo. 3. Metti lo stantuffo nel collo della bottiglia. Dirigi uno dei quattro lati dello stantuffo nella tua direzione. Lo stantuffo deve essere in posizione completamente verticale come mostrato in figura. 2. Disponi la bottiglia riempita di acqua sul banco. 25

26 4. Disponi il dado metallico sulla cima dello stantuffo, come mostrato in figura. 5. Usa l indice della tua mano per dare un colpetto, orizzontalmente, al lato dello stantuffo. Se sei fortunato, il dado cade nella bottiglia attraverso il collo della bottiglia. La riuscita dell esperimento dipende da diversi fattori. È importante che tu metta lo stantuffo in perfetta posizione orizzontale e che tu colpisca lo stantuffo nel modo corretto. Vi sono comunque altri fattori implicati. Prova e riprova e vedrai che ce la farai. Spiegazione >> 26

27 Esperimento L ATTRITO Materiali: un contenitore di plastica, il coperchio del contenitore, un elastico, una ventosa 1. Premi la ventosa su uno dei lati esterni del contenitore. 2. Inserisci l elastico sull ansa della ventosa. 3. Trascina il contenitore vuoto sul banco utilizzando il tuo dito indice. Ti accorgerai che l elastico non si tende in modo eccessivo dimostrandoti che c è poco attrito tra il contenitore e il banco. 27

28 4. Versa l acqua nel contenitore in modo che sia mezzo pieno e coprilo con il suo coperchio. 5. Trascina sul banco, in modo continuo, il contenitore. Ti accorgerai che questa volta l elastico è più teso. Sai perché? Spiegazione >> 28

29 Esperimento IL FISCHIETTO Materiali: un contenitore di plastica, una bottiglia di plastica, una siringa grande 1. Riempi la bottiglia con acqua. 2. Fai fuoriuscire completamente lo stantuffo dal cilindro della siringa. Per questo esperimento ti servirà solo questo cilindro. 3. Usa il tuo mignolo per chiudere il beccuccio della siringa come illustrato in figura. 29

30 4. Travasa l acqua dalla bottiglia al cilindro. Fai attenzione a svolgere questo passaggio posizionandoti sopra un contenitore. 5. Togli il dito e soffia delicatamente sulla cima del cilindro mentre l acqua fuoriesce. Sentirai un suono che gradualmente diminuirà di intensità. Puoi dire perché? Spiegazione >> 30

31 Esperimento IL TAPPO MAGICO Materiali: una bottiglia di plastica, un tappo metallico, un contenitore di plastica 1. Versa l acqua nel contenitore arrivando circa a metà. 3. Riprendi la bottiglia vuota, rinfrescata, e disponila sul banco. 2. Disponi la bottiglia vuota nell acqua per un minuto. L aria nella bottiglia si raffredderà. 4. Bagna il tuo dito con acqua e inumidisci l imboccatura della bottiglia. 31

32 5. Bagna il tappo metallico immergendolo nel contenitore. 6. Disponi il tappo bagnato sull apertura della bottiglia, come mostrato in figura. 7. Poni ora le tue mani asciutte e calde intorno alla bottiglia. Non stringere la bottiglia. Assicurati che il tappo copra tutta l imboccatura della bottiglia. Potrai notare che il tappo si solleva. Se l esperimento non riesce assicurati che il tappo metallico copra bene tutta l imboccatura oppure cerca di raffreddare meglio la bottiglia con acqua corrente. Puoi raffreddare la bottiglia anche mettendovi dell acqua all interno. Devi inoltre assicurarti che il collo della bottiglia e il tappo siano sufficientemente bagnati. Spiegazione >> 32

33 Esperimento LE BOLLE D ARIA Materiali: un contenitore di plastica, un coperchio, una siringa grande, una bottiglia di plastica, un pezzo di tubo di plastica 1. Riempi il bicchiere con acqua e disponilo in un angolo del contenitore. 3. Aggancia un estremità del tubo di plastica al beccuccio della siringa grande. Il tubo fungerà come estensione della siringa. 2. Tira al massimo lo stantuffo della siringa. La siringa non deve contenere acqua. 4. Disponi la siringa sul bordo del contenitore e l estremità del tubo di plastica immerso in acqua come mostrato in figura. Se l estremità del tubo di plastica non è sotto la superficie dell acqua, puoi incurvarlo leggermente. 33

34 5. Tieni il cilindro della siringa con la tua mano calda e asciutta. Potrai vedere bolle d aria fuoriuscire dal tubo. Non stringere troppo forte il cilindro. 6. Quando le bolle d aria non fuoriescono più dal tubo, puoi provare il processo inverso. Versa acqua fredda sul cilindro della siringa. Potrai vedere che l acqua del bicchiere entra nella siringa. Spiegazione >> 34

35 Esperimento LA LENTE D ACQUA Materiali: un bicchiere di plastica, un foglio di plastica, una pipetta 1. Riempi il bicchiere con acqua. 3. Versa una goccia di acqua sul foglio di plastica. 2. Riempi la pipetta utilizzando l acqua del bicchiere. 4. Trasposta il foglietto di plastica con la goccia versata su di un giornale. Varia la distanza tra foglio di plastica e il testo del giornale. Vedrai che la goccia d acqua ingrandisce le lettere. Spiegazione >> 35

36 Esperimento LA FORZA ELETTRICA Materiali: una bottiglia di plastica, tessuto, un batuffolo di cotone 1. Strofina la bottiglia di plastica con il tessuto per almeno 50 volte. 3. Porta la bottiglia vicino al batuffolo. Vedrai che la bottiglia attrae il cotone. Se questo non avviene, strofina la bottiglia per un numero maggiore di volte o utilizza un pezzetto più piccolo di cotone. Spiegazione >> 2. Strappa un piccolo batuffolo di cotone, ma non farne una pallina. 36

37 Esperimento PUO L ARIA SOSTENERE L ACQUA? Spiegazione 1: Lo strato di aria che ci sovrasta ha uno spessore di circa 100 Km ed ha un peso notevole anche se non ci abbiamo mai pensato. L acqua dovrebbe vincere il peso di 100 km di aria che la sovrasta, per poter uscire dal bicchiere. L aria potrebbe sembrare leggera, ma non è così! Infatti battere una colonna di aria di 100 km è abbastanza difficile. L acqua nel bicchiere è incapace di fare un tale sforzo. Spiegazione 2: Osserviamo il foglietto di plastica per spiegare questo esperimento. Due forze agiscono su di esso in direzioni opposte: la forza peso dell acqua, e il peso del foglio di plastica. Se ci fossero solo queste forze in gioco allora il foglio cadrebbe e lo stesso farebbe l acqua. Poiché questo non avviene, supponiamo allora che esista un altra forza che agisce sul foglio di plastica, diretta verso l alto. Questa forza agisce sul foglio, perché l aria intorno a noi ha anch essa un peso. Sappiamo che lo spessore dell aria che circonda la terra è di circa 100 Km ed esercita una spinta su ogni oggetto sulla terra. Questa forza spinge in ogni direzione, quindi anche l aria spinge verso l alto il foglietto sotto il bicchiere. Questa forza è chiamata la forza della pressione dell aria. La forza che agisce sull unità di superficie viene chiamata pressione (P) da cui la formula P=F/S. La pressione atmosferica, calcolata con valori medi della densità dell atmosfera, equivale a 1,033 kg/cm 2. Torna all esperimento >> 37

38 Esperimento TRASPORTO DA UN BICCHIERE ALL ALTRO Spiegazione 1: Lo strato di aria che ci sovrasta ha uno spessore di circa 100 Km ed ha un peso notevole anche se non ci abbiamo mai pensato. L acqua dovrebbe vincere il peso di 100 km di aria che la sovrasta, per poter uscire dalla cannuccia. L acqua nella cannuccia è incapace di tale sforzo, a meno che si apra l apertura sopra la cannuccia ed agisca la forza peso dell aria anche dall alto. Questo avviene quando si apre l apertura superiore togliendo il dito. Spiegazione 2: Per spiegare questo esperimento osserviamo l acqua nella cannuccia. Il peso dell acqua presente nella cannuccia è diretto verso il basso. Se agisse solo questa forza allora l acqua cadrebbe. Consideriamo allora che esista una forza, che agisce sull acqua, diretta verso l alto. Questa è la forza dell aria che deriva dal peso dell aria. Sappiamo che lo spessore dell aria che circonda la terra è di circa 100 Km ed esercita una forza su ogni oggetto sulla terra. Questa forza spinge in ogni direzione, quindi anche l aria spinge verso l alto l acqua nella cannuccia. Questa forza è chiamata la forza della pressione dell aria. Quando il dito lascia l apertura della cannuccia, la forza della pressione dell aria agisce sull acqua anche dall alto. Queste due forze dovute all aria, una diretta verso il basso e una diretta verso l alto, si annullano. In conclusione, l unica forza che agisce sull acqua della cannuccia risulta la forza peso dell acqua, che agisce verso il basso. Torna all esperimento >> 38

39 Esperimento IL SERBATOIO DI ACQUA Spiegazione 1: Lo strato di aria che ci sovrasta ha uno spessore di circa 100 Km. L acqua dovrebbe vincere il peso di 100 km di aria che la sovrasta, per poter uscire dalla bottiglia. L aria potrebbe sembrare leggera, ma non è così! Infatti battere una colonna di aria di 100 km è abbastanza difficile. L acqua nella bottiglia è incapace di compiere un tale sforzo a meno che dell aria entri nella bottiglia, per esempio sottoforma di bolle d aria. Questo avviene quando solleviamo leggermente la bottiglia fuori dall acqua. Spiegazione 2: Per spiegare questo esperimento osserviamo l acqua nella bottiglia. Due forze agiscono sull acqua della bottiglia: la forza peso dell acqua presente nella bottiglia e la forza peso dell aria. Quando un po di acqua fuoriesce dalla bottiglia, la pressione dell aria nella bottiglia diminuisce fino a valori più bassi della pressione dell aria fuori dalla bottiglia. La forza della pressione dell aria, presente fuori dalla bottiglia, impedisce all acqua nella bottiglia di fuoriuscire. Gli apicoltori utilizzano il metodo qui descritto negli alveari quando nutrono le api con sciroppo di zucchero durante l inverno. Torna all esperimento >> 39

40 Esperimento IL SIFONE Spiegazione 1: Probabilmente non ti sei sorpreso nel vedere l acqua fuoriuscire dal tubo di plastica. Questo accade a causa del peso dell acqua. Dovresti esserti però sorpreso osservando che l acqua può anche andare nel senso opposto. Questo accade perché l acqua che scorre attraverso il tubo di plastica trascina con sé l acqua della bottiglia. Gli strumenti che sfruttano questo principio vengono chiamati sifoni. Spiegazione 2: L acqua nel tubo di plastica viene spinta verso il basso (verso il bicchiere) dalla forza gravitazionale. Come risultato di questa azione, la pressione del tubo di plastica decresce e causa la fuoriuscita dell acqua dalla bottiglia. Gli strumenti che sfruttano questo principio vengono chiamati sifoni. Torna all esperimento >> 40

41 Esperimento LA CAMPANA SUBACQUEA Spiegazione 1: L aria presente dentro il bicchiere occupa uno spazio e non permette all acqua di entrare. L aria si comprime solo poco mentre si spinge il bicchiere. Una campana subacquea è una camera, simile ad un grande bicchiere, immersa nell acqua. Le persone possono lavorare sotto tale campana fino a quando vi è aria sufficiente. Spiegazione 2: L acqua entrerebbe nella campana solo se l aria venisse prima fatta fuoriuscire. Questo non accade perché l aria non ha spazio dove andare. L aria è intrappolata nel bicchiere sotto la superficie dell acqua. Una campana subacquea è una camera, simile ad un grande bicchiere, immersa nell acqua. Le persone possono lavorare sotto tale campana fino a quando vi è aria sufficiente. Torna all esperimento >> 41

42 Esperimento LA VENTOSA ASPIRANTE Spiegazione 1: Il peso dell aria sopra di noi comprime ogni oggetto sulla terra. Quando una ventosa viene compressa su una superficie liscia, l aria non può esercitare nessuna forza dall interno ma solo dall esterno. La ventosa rimane dunque aderente alla superficie fintanto che l aria non penetra all interno. Questo avviene se spingiamo una graffetta sotto la ventosa. Spiegazione 2: Quando comprimiamo una ventosa su una superficie liscia, facciamo fuoriuscire l aria. Poiché la ventosa è un oggetto elastico, essa tende a riacquisire la sua forma originale se nessuna forza esterna agisce su di essa. Lo spazio sotto di essa si riduce e, di conseguenza, la pressione dell aria dentro la ventosa scende sotto il livello della pressione esterna. La pressione dell aria esterna spinge la ventosa con forza maggiore rispetto alla pressione interna. Come risultato, la ventosa si incolla alla superficie. Disponendo la graffetta tra la ventosa e la superficie, la pressione interna e quella esterna si stabilizzano. Le forze che agiscono sulla ventosa, interne ed esterne, si equivalgono e la ventosa non riesce più ad aderire alla superficie. Anche utilizzando uno spago, disposto sotto la ventosa, essa non può aderire alla superficie poiché non si riesce ad instaurare una differenza di pressione tra interno ed esterno. Torna all esperimento >> 42

43 Esperimento IL BOTTO DELLA SIRINGA Spiegazione 1: Lo strato di aria che ci sovrasta è di circa 100 km. Il peso dell aria esercita una forza, diretta verso il basso, su ogni oggetto presente sulla Terra e quindi esercita una forza anche sullo stantuffo. Se il beccuccio della siringa non è coperto con plastilina, l aria spinge da entrambe le parti dello stantuffo e non ci accorgiamo di questa pressione. Pertanto possiamo muovere senza difficoltà lo stantuffo avanti e indietro. Non appena disponiamo la plastilina sul beccuccio, non permettiamo all aria di entrare e, in questo caso, l aria spinge lo stantuffo solo in una direzione. Quando spingiamo lo stantuffo nella direzione opposta possiamo sentire la forza della pressione atmosferica. Quando rilasciamo lo stantuffo esso ritorna immediatamente nella sua posizione originale e crea un piccolo botto. Spiegazione 2: Lo strato di aria che ci sovrasta è di circa 100 km. Il peso dell aria esercita una forza, diretta verso il basso, su ogni oggetto presente sulla Terra e quindi esercita una forza anche sullo stantuffo. Questa forza è chiamata pressione atmosferica. Quando il beccuccio della siringa non è coperto con plastilina, le forze che agiscono da entrambe le parti si equivalgono. Come risultato, esse si annullano e non ci accorgiamo della loro esistenza quando tiriamo o spingiamo lo stantuffo. Possiamo sentire solo l attrito tra lo stantuffo e le pareti della siringa. Se invece mettiamo della plastilina sul beccuccio, l aria non vi entra più e non esercita nessuna forza: la pressione atmosferica, quindi, agisce solo da una parte dello stantuffo. Tirando lo stantuffo, in questo caso, contrastiamo sia l attrito sia la forza della pressione che agisce dal retro dello stantuffo. Questa forza è notevole ed il bang, che si sente al rilascio dello stantuffo, ne è la prova. Il bang è causato dalla pressione atmosferica che porta lo stantuffo velocemente nella sua posizione iniziale. Torna all esperimento >> 43

44 Esperimento IL SOLLEVATORE IDRAULICO Spiegazione 1: Quando spingi lo stantuffo della siringa, la pressione nell acqua aumenta. Questa pressione fa sì che lo stantuffo della siringa più grande si muova. Il movimento dello stantuffo della siringa grande causa il sollevamento del contenitore. Maggiore è la differenza di dimensioni degli stantuffi più è agevolato il sollevamento del contenitore. Spiegazione 2: Un ascensore idraulico è composto da due stantuffi connessi attraverso un tubo. Il tubo è generalmente riempito di olio, ma nel nostro caso abbiamo utilizzato l acqua. Quando spingiamo lo stantuffo piccolo, la pressione nell acqua aumenta. Questo aumento di pressione viene trasmesso, attraverso l acqua, allo stantuffo grande. L acqua agisce sullo stantuffo grande con una forza maggiore di quella che esercitiamo sullo stantuffo minore. Possiamo facilmente sollevare un automobile con un sollevatore idraulico e, altrettanto facilmente, fermare un auto in corsa utilizzando freni idraulici. Le presse idrauliche vengono comunemente utilizzate per la lavorazione dei metalli o per la pressa dell uva. Torna all esperimento >> 44

45 Esperimento SPARARE UNA PALLINA Spiegazione 1: Se schiacciamo un pallone gonfiato, esso di solito scoppia nel punto più debole e l aria fuoriesce rapidamente. Nel nostro esperimento non schiacciamo un pallone, ma una bottiglia. La bottiglia non scoppia, ma si apre nel punto più debole (quello dove la pallina copre la bottiglia). Quando la bottiglia si apre, l aria compressa fuoriesce velocemente dalla bottiglia e spara la pallina verso l alto. Spiegazione 2: La pallina di polistirolo chiude ermeticamente il collo della bottiglia. Quando noi cominciamo a schiacciare la bottiglia, la pressione dell aria, al suo interno, aumenta. Poiché la pressione aumenta, la forza che agisce sulla pallina aumenta allo steso modo. All inizio la forza non è sufficiente per superare la forza dell attrito statico tra il peso della pallina e il collo della bottiglia. Tuttavia, se noi continuiamo a schiacciare la bottiglia, la forza che agisce sulla pallina aumenta ancora e supera le forze citate fino a sparare in alto la pallina. Torna all esperimento >> 45

46 Esperimento IL PALOMBARO CARTESIANO Spiegazione 1: Una pipetta riempita di aria è più leggera di una pipetta riempita di acqua, di conseguenza la pipetta galleggia fintanto che è riempita di aria. Quando comprimiamo la bottiglia, l acqua entra nella pipetta e la rende più pesante. Quando la pipetta è sufficientemente riempita di acqua scende in profondità sino a toccare il fondo. L esperimento è chiamato il DIAVOLETTO DI CARTESIO in onore del filosofo, matematico e fisico francese René Descartes du Perron Cartesius. Spiegazione 2: La pipetta è costituita da gomma, vetro e dall aria presente nel tubo. La densità dell acqua è maggiore della densità media della pipetta e quindi la pipetta galleggia. Tutti gli oggetti galleggiano sull acqua se hanno una densità minore dell acqua. Quando noi stringiamo la bottiglia, la pressione all interno aumenta e spinge l acqua dentro la pipetta. L aria nella pipetta si compatta perché l aria è comprimibile. Dato che c è più acqua nella pipetta, la sua densità aumenta e quindi affonda. Quando smettiamo di stringere la bottiglia, la pressione diminuisce, l aria nella pipetta si decomprime e spinge fuori l acqua. La pipetta è ora meno densa dell acqua e sale in superficie. Questo esperimento si chiama il DIAVOLETTO DI CARTESIO in onore del matematico, filosofo e fisico René Descartes du Perron Cartesius. Torna all esperimento >> 46

47 Esperimento PERCHÉ LE NAVI AFFONDANO? Spiegazione 1: Gli oggetti affondano nell acqua se sono più densi di essa. Al contrario gli oggetti galleggiano in acqua se sono meno densi dell acqua. La plastilina è più densa dell acqua e quindi affonda. L aria, invece, è meno densa dell acqua e così galleggia. Poiché la pallina è formata solo da plastilina, essa affonda. La barca invece, è fatta di plastilina, ma anche dall aria che c è all interno, così galleggia. Tuttavia non appena versiamo dell acqua nella barca, l aria viene sostituita dall acqua che è più densa e la barca quindi affonda. Spiegazione 2: Gli oggetti affondano nell acqua se sono più densi dell acqua. Al contrario, gli oggetti galleggiano se sono meno densi dell acqua. La plastilina è più densa dell acqua e perciò affonda. L aria, invece, è meno densa dell acqua. Dato che la pallina è formata da plastilina, essa affonda. La barca invece, è fatta di plastilina, ma anche dell aria che c è all interno, così galleggia. La densità media della barca è minore di quella dell acqua, di conseguenza, la barca galleggia. Quando versiamo acqua nella barca, le gocce di acqua sostituiscono l aria e la densità della barca aumenta. Quando c è abbastanza acqua nella barca essa risulta formata da plastilina e acqua. La densità della barca è ora maggiore della densità dell acqua, quindi la barca affonda. Torna all esperimento >> 47

48 ESPERIMENTO LA GRAFFETTA GALLEGGIANTE Spiegazione 1: L acqua è formata da piccole particelle chiamate molecole. Queste particelle sono attratte le une dalle altre e creano una pellicola leggera e trasparente sulla superficie come se si tenessero per mano. Se l oggetto appoggiato sulla superficie dell acqua è abbastanza leggero, esso galleggia sulla pellicola e non affonda. Questo fenomeno si può osservare tra gli insetti che riescono a camminare sull acqua (I Gerridi o insetti pattinatori). Spiegazione 2: L attrazione elettrica fra le molecole dell acqua fa sì che la superficie dell acqua si comporti come una leggera pellicola. Questo fenomeno si chiama tensione superficiale. Quando noi mettiamo un oggetto sulla superficie dell acqua, esso normalmente rompe questa pellicola di molecole d acqua. Se noi appoggiamo un oggetto sulla superficie dell acqua molto lentamente e attentamente, esso può non rompere la pellicola e così l oggetto galleggia. L oggetto deve essere abbastanza leggero in modo che la forza di gravità non superi l attrazione elettrica tra le molecole di acqua. Questo fenomeno può essere osservato tra gli insetti che riescono a camminare sull acqua (I Gerridi o insetti pattinatori). Torna all esperimento >> 48

49 Esperimento PERCHE LA PALLINA RIMBALZA? Spiegazione 1: Entrambe le palline subiscono una certa deformazione durante l impatto. Dopo l impatto la pallina di polistirolo ritorna alla sua forma iniziale e questo la fa rimbalzare. La pallina di plastilina, invece, non ritorna alla sua forma iniziale e perciò non rimbalza. Spiegazione 2: Ci sono oggetti elastici e non elastici. Un oggetto elastico si deforma in seguito ad una forza esterna. Tuttavia esso ritorna alla sua forma iniziale quando la forza esterna non viene più applicata. Un oggetto non elastico, invece, rimane deformato anche dopo che la forza esterna non viene più applicata. La pallina elastica di polistirolo ritorna alla sua forma iniziale dopo l impatto e questo causa il suo rimbalzo. La pallina di plastilina è un oggetto non elastico e la sua deformazione è permanente, la pallina di conseguenza non rimbalza. L esperimento può essere spiegato anche dal punto di vista dell energia. Quando la pallina di polistirolo colpisce il banco, le sue energie, elastica ed interna, aumentano. Quando, ad un certo punto, la pallina si ferma, l energia elastica inizia a trasformarsi in energia cinetica. La pallina perciò rimbalza. L energia elastica della pallina di plastilina, invece, non aumenta durante l impatto. Così solo la sua energia interna cresce e la pallina non rimbalza. Torna all esperimento >> 49

50 Esperimento IL DADO CHE CADE Spiegazione 1: La Terra attrae tutti gli oggetti verso il suo centro, ovvero verso il basso lungo la verticale. Il dado rimane fermo fintanto che lo stantuffo lo tiene. Quando noi diamo un colpetto, la Terra attira il dado verso il basso, lungo la verticale. Il dado perciò cade nella bottiglia. La riuscita dell esperimento dipende da un certo numero di fattori: dobbiamo dare il colpettino nella giusta direzione, usare la giusta forza (né troppo forte, né troppo piano) ecc. Se sarai abbastanza tenace avrai successo. Spiegazione 2: Un oggetto è in uno stato di riposo o si muove di moto rettilineo uniforme se le forze che agiscono su di esso si bilanciano. Negli altri casi l oggetto accelera. La forza gravitazionale agisce sul dado metallico con direzione verticale verso il basso e la forza dello stantuffo agisce sul dado con la stessa intensità, ma in direzione verticale verso l alto. Le due forze si annullano e il dado di conseguenza è fermo. Appena noi colpiamo lo stantuffo, la forza che esercitava cessa immediatamente di agire. La forza gravitazionale perciò è l unica forza che agisce sul dado e, di conseguenza, il dado accelera verso il centro del nostro pianeta e finisce nella bottiglia. La riuscita dell esperimento dipende da un certo numero di fattori: dobbiamo dare il colpettino nella giusta direzione, usare la giusta forza (né troppo forte, né troppo piano) ecc. Se sarai abbastanza tenace avrai successo.. Torna all esperimento >> 50

51 Esperimento L ATTRITO Spiegazione 1: L attrito si oppone allo scorrimento tra due oggetti. Per spingere o tirare gli oggetti più pesanti è richiesta una grande forza, perché l attrito tra un oggetto e la superficie è maggiore. Semplificando i concetti, possiamo dire che l attrito è un modo di sfregare una superficie su un altra. Nel nostro esperimento il contenitore sfrega contro il piano ruvido. Più il contenitore è pesante e più si nota lo sfregamento contro il piano. Spiegazione 2: L attrito è una forza che si oppone allo scorrimento di un oggetto sopra un altro. La forza di attrito ha direzione opposta al movimento dell oggetto. Dato che le superfici non sono perfettamente lisce, un oggetto in movimento sfrega contro la superficie e di conseguenza si produce un attrito. L intensità dell attrito dipende dall intensità della forza che l oggetto esercita sulla superficie e dalla ruvidità delle due superfici. Nel nostro esperimento, il contenitore di plastica preme sul tavolo con il suo peso. Il risultato dell esperimento mostra che l attrito è proporzionale al peso del contenitore. Infatti, la maggior tensione dell elastico, quando si tira il contenitore pieno di acqua, indica che è tirato con maggior forza. Questo significa che la forza d attrito è maggiore. Torna all esperimento >> 51

52 Esperimento Il FISCHIETTO Spiegazione 1: Quando si soffia sulla sommità del cilindro, l aria interna viene messa in vibrazione. L esperimento mostra che l altezza del suono prodotto dipende dalla lunghezza della colonna d aria nel cilindro. Quando nel cilindro c è più acqua (la colonna d aria è minore) il suono è più alto. Al contrario, quando c è meno acqua (la colonna d aria è più lunga) il suono è più basso. Quando l acqua gradualmente esce dal cilindro, la colonna d aria si allunga e il suono, lentamente, si abbassa. Quasi tutti gli strumenti ad aria sono formati da un tubo (come il cilindro), nel quale viene fatta vibrare l aria. La frequenza della vibrazione è determinata dalla lunghezza del tubo. Spiegazione 2: Il suono è prodotto quando un oggetto (un corpo vibrante) vibra. Compressioni (aree di alta pressione) e rarefazioni (aree di bassa pressione) si formano negli strati di aria intorno all oggetto che vibra. Queste compressioni e rarefazioni si allontanano in tutte le direzioni. L alternarsi di compressioni e rarefazioni è quello che noi percepiamo come suono. Se si soffia sulla sommità del cilindro, l aria all interno viene fatta vibrare regolarmente. Questo avviene perché l aria, che entra nel cilindro, interferisce con l aria respinta dalla superficie dell acqua sull altro lato del cilindro. Questo crea un onda d aria verticale. La frequenza (velocità) delle vibrazioni dipende dalla lunghezza del tubo. L aria vibra con una frequenza maggiore (più veloce) nei tubi più corti, rispetto a quelli più lunghi. Un alta frequenza di vibrazioni dell aria significa anche un alta frequenza del suono che sentiamo. Quando l acqua gradualmente esce dal cilindro, la colonna d aria si allunga e, di conseguenza, il suono è più basso. Quasi tutti gli strumenti ad aria sono formati da un tubo, nel quale una colonna di aria viene fatta vibrare. La frequenza della vibrazione è determinata dalla lunghezza del tubo. Torna all esperimento >> 52

53 Esperimento IL TAPPO MAGICO Spiegazione 1: Se gli oggetti vengono riscaldati, si espandono. Lo stesso vale per l aria nella bottiglia. Appena si mettono le mani attorno alla bottiglia, l aria all interno inizia a scaldarsi. Se l aria si espande, si spinge fuori della bottiglia e alza il tappo. Spiegazione 2: Quasi tutti gli oggetti si dilatano quando vengono scaldati. Solidi, liquidi e gas si dilatano quando vengono riscaldati. Il calore provoca l espansione dell aria se, naturalmente, c è spazio per l espansione. Quando l aria, all interno della bottiglia, si riscalda dovrebbe espandersi. Tuttavia il tappo sull apertura della bottiglia impedisce all aria di farlo, così la pressione nella bottiglia inizia ad aumentare. All aumentare della pressione, aumenta anche la forza che agisce sul tappo e può vincerne il peso. Di conseguenza il tappo sale. Torna all esperimento >> 53

54 Esperimento LE BOLLE D ARIA Spiegazione 1: Quando noi mettiamo le mani attorno al cilindro, l aria all interno inizia a scaldarsi. Il calore causa la dilatazione dell aria. Di conseguenza l aria esce dalla siringa sotto forma di bolle d aria. Al contrario, se si raffredda l aria nella siringa, essa si contrae e aspira un po d acqua dal bicchiere. Spiegazione 2: Quando mettete le mani intorno al cilindro, il calore delle vostre mani si trasferisce al cilindro e poi all aria all interno di esso. Questo provoca il riscaldamento dell aria. Il calore fa espandere l aria e, di conseguenza, un po di aria esce dalla siringa sotto forma di bolle. Al contrario, se noi raffreddiamo l aria nel cilindro, essa si contrae e quindi la pressione, nella siringa e nel tubetto, decresce. Come risultato, la pressione esterna dell aria spinge l acqua dentro il tubetto. Torna all esperimento >> 54

55 Esperimento LA LENTE D ACQUA Spiegazione 1: Noi vediamo gli oggetti perché la luce riflessa da loro raggiunge i nostri occhi. Se non ci sono ostacoli, la luce viaggia in linea retta e noi vediamo gli oggetti nella loro grandezza reale. Se c è un materiale trasparente tra l oggetto e i nostri occhi, la luce può cambiare direzione passando attraverso quel materiale. In tal caso, noi non vediamo la grandezza reale o la forma esatta dell oggetto. Se il materiale trasparente è curvo, come una goccia d acqua, si produce un immagine più grande dell oggetto. Spiegazione 2: Quando la luce attraversa un oggetto trasparente viene rifratta, ovvero cambia la sua direzione. Se la luce riflessa dall oggetto raggiunge i nostri occhi dopo essere stata rifratta, essa distorce l immagine dell oggetto. Noi possiamo vedere l oggetto più grande o più piccolo di quello che è in realtà. Quando la luce, riflettendosi dalle lettere sulla carta, passa attraverso la goccia d acqua, cambia la sua direzione (viene rifratta). Noi non vediamo l esatta grandezza delle lettere, ma le vediamo ingrandite. Le lenti nei binocoli, microscopi, telescopi (e altre applicazioni ottiche) sono tutte basate sul principio della rifrazione della luce. Torna all esperimento >> 55

56 Esperimento LA FORZA ELETTRICA Spiegazione 1: Quando strofini la bottiglia con il cotone, tu carichi elettricamente tutti e due i corpi. Il fatto che questi corpi esercitino una forza su altri oggetti prova che la bottiglia e il cotone sono ora in uno stato diverso. Questa forza è conosciuta come forza elettrica. Può essere sia attrattiva sia repulsiva. La bottiglia attrae (tira) l ovatta con una forza elettrica. Poiché la massa del cotone è piccola, una piccola forza elettrica è sufficiente a muovere l ovatta o a farla aderire alla bottiglia. Spiegazione 2: Quando strofini la bottiglia con il cotone, si caricano elettricamente tutti e due i corpi. Il fatto che questi corpi esercitino una forza verso gli oggetti nelle loro vicinanze prova che ora bottiglia e cotone siano in un diverso stato. Gli oggetti possono essere carichi positivamente, negativamente o essere neutri (carica = una piccola quantità di elettricità). Se nessuna delle cariche è in eccesso, l oggetto è neutro. Due oggetti carichi negativamente si respingono. Allo stesso modo si respingono due oggetti carichi positivamente. Un oggetto carico negativamente attrae, invece, un oggetto carico positivamente e uno positivo attrae un altro negativo. In altre parole, oggetti con cariche elettriche opposte si attraggono. Il batuffolo di cotone è un oggetto neutro. L esperimento mostra che un oggetto carico può attrarre anche un oggetto neutro. Questo è possibile perché la vicinanza di un oggetto carico induce le cariche a spostarsi. In questo modo l oggetto neutro avrà da una parte più cariche negative e dall altra più cariche positive (nel suo complesso è neutro). La bottiglia di plastica attira la parte dell ovatta che ha una carica opposta alla sua. Questo è il motivo per cui, l intero pezzo di ovatta si muove verso la bottiglia. Siccome la massa dell ovatta è piccola, una piccola forza elettrica è sufficiente a far muovere o aderire il cotone alla bottiglia. Torna all esperimento >> 56