Associazione culturale Vulcani e Ambiente. Esperienza insegna 2015

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1 Associazione culturale Vulcani e Ambiente Esperienza insegna 2015

2 I temi di esperienza insegna visti da VeA Il cibo come relazione tra i terreni vulcanici sempre molto fertili e ricchi di sostanze particolari che rendono a loro volta unici cibi e bevande. La nostra associazione ha realizzato un poster che illustra le relazioni tra cibo, vini e vulcani in una terra come la Sicilia. La luce intesa come fonte di conoscenza e scoperta se illumina il vetrino di un microscopio o come fonte di gioco e di immaginazione se fa brillare i colori e le forme cangianti di un caleidoscopio. La nostra associazione ha costruito per questo tema, in modo assolutamente artigianale, un microscopio ed un caleidoscopio che ci faranno seguire queste due vie della luce. L energia della terra e dei vulcani intesa come geotermia. La nostra associazione ha simulato per questo tema, un campo geotermico in miniatura che alimenta il riscaldamento di un abitazione.

3 CIBO vini, cibo e vulcani Il poster realizzato per trattare il tema del cibo, dal titolo «Vini, cibo e vulcani», affronta a sua volta quattro argomenti principali: Vini e cibi nei suoli vulcanici La fertilità del suolo vulcanico Vini e cibi particolari del Monte Etna, delle isole Eolie e di Pantelleria Il rischio vulcanico

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5 Per questa sezione sono stati realizzati in modo artigianale due oggetti che sfruttano la luce per creare immagini particolari. Il microscopio è un importantissimo strumento di studio e conoscenza; in geologia e vulcanologia, come in generale nelle scienze, consente di visualizzare aspetti dei campioni (nel nostro caso delle rocce), che ci possono far comprendere tanto sulla natura delle rocce stesse. Il caleidoscopio è invece un oggetto di puro divertimento, capace di sfruttare la riflessione della luce su specchi posizionati in modo opportuno e di creare immagini colorate e cangianti che stimolano la fantasia di chi le guarda. Tante volte guardando le immagini delle rocce al microscopio lo spettacolo è così bello e colorato che sembra di trovarsi davanti ad un caleidoscopio

6 Fonte: da Istituto e Museo di storia della Scienza Il microscopio il microscopio ottico è costituito da due lenti: l obiettivo e l oculare. L obiettivo forma un immagine ingrandita e capovolta, chiamata immagine intermedia. L oculare è posizionato sull asse ottico in modo tale che il suo fuoco anteriore si trovi in corrispondenza dell immagine intermedia; in questo modo l oculare funziona come una lente d ingrandimento, con cui l occhio osserva l immagine intermedia. Costruirsi un microscopio secondo la configurazione della figura qui accanto è relativamente facile; bisogna però disporre di due lenti adatte.

7 La realizzazione del microscopio Una possibilità è usare lenti di recupero, come quelle delle macchine fotografiche usa e getta, che hanno una focale* intorno a 35 mm. Queste lenti si possono usare sia per l obiettivo sia per l oculare. Qui faremo conto di avere due lenti di questo tipo, e descriveremo la costruzione di un microscopio di 20 ingrandimenti circa, fatto di materiali semplici e non costosi. * Che cos'è la focale? Questo termine deriva dalla proprietà delle lenti forti di concentrare a tal punto la luce del Sole da incendiare oggetti combustibili. La distanza a cui devono essere tenuti tali oggetti è stata chiamata distanza focale. In ottica si è più precisi e si definisce focale la distanza dalla lente alla quale un raggio, in origine parallelo all'asse ottico, interseca l'asse dopo essere stato deviato dalla lente.

8 Il materiale necessario 2 lenti, focale 35 mm (da macchine fotografiche usa e getta ) 2 rondelle, diametro 17 mm 1 dischetto di cartoncino nero, diametro 17 mm, con foro centrale di diametro 4 mm 1 tubo di plastica, lunghezza 165 mm, diametro interno 18 mm 1 foglietto di carta nera opaca, dimensioni 160mm x 56mm 1 tavoletta di legno, dimensioni 140mm x 140mm x 10mm (per fare il tavolino) 1listello di legno, dimensioni 150mm x 30mm x 20mm (per fare la colonna) 1 listello di legno, dimensioni 100mm x 30mm x 20mm (da unire alla colonna) 4 viti a legno, lunghezza 35 mm 1 foglio di plastica pieghevole, 180mm x 30 mm 2 pastiglie di gommaplastica adesiva modellabile (del tipo usato per attaccare biglietti nelle bacheche, al posto delle puntine da disegno)

9 Il montaggio del microscopio 1. Arrotolare il foglietto di carta nera e inserirlo nel tubo di plastica (serve per annerire l interno del tubo, e assorbire la luce parassita). 2. Appoggiare il dischetto di cartoncino nero su una rondella, e su questo porre una lente (sarà l obiettivo). Fare un salamino con una pastiglia di gommaplastica e metterlo ad anello intorno alla lente. 3. Premere il tubo contro la rondella con la lente, in modo da unire le parti. Rimuovere la gommaplastica in eccedenza. 4. Appoggiare la seconda lente sulla seconda rondella, e intorno porre un nuovo anello di gommaplastica. Premere l altra estremità del tubo contro la rondella con la lente. Quest ultima sarà l oculare. 5. Fissare un listello di legno alla tavoletta con due viti da sotto. Fissare il secondo listello al primo, lateralmente con due viti, lasciandole un po allentate. 6. Piegare il foglio di plastica in due, e inserire le estremità libere tra i due listelli. Inserire il tubo del microscopio nell ansa del foglio di plastica, e stringere le viti di fissaggio del secondo listello.

10 Fonte: «Un microscopio da mille lire» e E possibile anche realizzare microscopi con maggiori ingrandimenti. Per un microscopio da circa 75 ingrandimenti, obiettivo ed oculare vengono costruiti con due lenti ciascuno. L'oculare: per realizzarlo si utilizzano due lenti ricavate dalle macchine fotografiche usa e getta; si montano le lenti con la convessità rivolta verso l'interno. La distanza fra le lenti dev'essere di 2/3 della loro focale. Quindi, se le lenti che impieghiamo hanno la focale di 35 mm, bisogna tenerle alla distanza di 23 mm. Per trovare i tubi o i raccordi adatti per queste lenti si può cercare in negozi di prodotti plastici e nelle ferramenta. Per microscopio da 75 ingrandimenti

11 L obiettivo: in questo caso le due lenti devono essere montate vicine l'una all'altra e con la parte concava rivolta verso il campione alla distanza di circa 2 mm l'uno dall'altro per mezzo di un anellino distanziale. Qui sono state utilizzate due rondelle dallo spessore di 1 mm ciascuna. Successivamente l obiettivo è stato inserito in un piccolo tubo di plastica che serve da supporto per il seguente montaggio nel tubo principale.

12 Il diaframma dell obiettivo: si tratta di un dischetto di plastica nera con un foro di 1,5 mm, preso sempre dalla macchina usa e getta, montato davanti alla prima lente dell'obiettivo. Le lenti ricavate dalle macchine fotografiche usa-e-getta sono affette da aberrazioni* troppo forti per essere impiegate a piena apertura. Per migliorare le prestazioni di queste lenti bisogna inserire un diaframma davanti all'obiettivo. Questo diaframma limita l'apertura delle lenti e le utilizza nella loro parte migliore. Non si può neppure stringere troppo questo foro perché ad un certo punto la nitidezza dell immagine tornerà a calare. Questo diaframma ha dunque l'importante funzione di ridurre le aberrazioni dell'obiettivo e migliora grandemente la qualità delle immagini prodotte * L'aberrazione di un sistema ottico è la differenza tra l'immagine effettiva, reale o virtuale, formata dal sistema e l'immagine che si voleva ottenere. Le aberrazioni possono dare (di solito più sulla periferia dell'immagine che al suo centro) scarsa nitidezza, deformazioni dell'immagine, differenze tra le immagini corrispondenti ai diversi colori, non uniformità della luminosità

13 Il montaggio dell ottica L'obiettivo e l'oculare devono essere montati sul tubo principale. La figura mostra le principali quote ottiche del microscopio e le quote di montaggio di questi componenti. Per evitare riflessi va foderato l'interno con un foglio adesivo di velluto nero e si può anche inserire un diaframma intermedio del diametro di circa 10 mm. L'eliminazione di questi riflessi aumenterà il contrasto dell'immagine Qui si vede il foglio velluto nero con cui rivestire l interno del tubo ed il diaframma intermedio

14 OBIETTIVO La realizzazione dell ottica OCULARE OBIETTIVO OCULARE

15 Il montaggio sui supporti Infine l ottica va montata su un supporto. Nel primo caso è stato utilizzato nuovamente il supporto creato per il primo microscopio da 20 ingrandimenti. Nel secondo caso è stato realizzato un supporto in legno un po più articolato con il quale si può osservare il campione in trasparenza con luce proveniente dal basso.

16 Fonte: «Come funzione un caleidoscopio» Il caleidoscopio Il nome deriva dal greco καλειδοσκοπεω, ("vedere bello"); si tratta di uno strumento ottico che si serve di specchi e frammenti di vetro o plastica colorati per creare una molteplicità di strutture simmetriche. Appoggiando l'occhio ad un'estremità (come guardando in un cannocchiale) e ruotando l'intero strumento è possibile vedere delle figure geometriche simmetriche colorate, generatesi dall'unione dell'immagine diretta dei frammenti e di quelle create dalle riflessioni negli specchi; continuando a ruotare il caleidoscopio stesso, le figure mutano e cambiano colore e forma, senza mai ripetersi.

17 La realizzazione del caleidoscopio Si tratta di un tubo opaco (di plastica o cartone) al cui interno sono disposti per lungo alcuni specchietti piani rettangolari di uguali dimensioni che formano un triangolo equilatero. Il fondo dell oggetto è costituito da due pareti trasparenti, delle quali quella esterna è opaca, contenenti tra loro frammenti mobili di vetro o plastica colorata. L osservatore, grazie alla luce che entra dal fondo, vede una grande varietà di figure simmetriche prodotte dalla riflessione dei frammenti di vetro sugli specchi. Le figure variano continuamente con la rotazione del tubo.

18 Il materiale necessario - un tubo di cartone o di plastica - tre specchietti rettangolari uguali tra di loro in larghezza ed in lunghezza al tubo - 2 cerchi adatti alla dimensione del tubo di materiale trasparente - oggettini colorati (ad es. perline) - cartoncino - carta adesiva - forbici - nastro adesivo - colla

19 Il montaggio del caleidoscopio 1. Si inseriscono nel tubo di cartone o plastica i tre specchietti componendoli in modo da formare un prisma con le superfici che riflettono verso l'interno. 2. Si chiude il tubo, da un lato con un cartoncino a cui sarà stato fatto un foro centrale, che sarà il punto da cui guardare. 3. Dalla parte opposta del tubo si posizionano i due cerchi trasparenti tra cui si andranno a sistemare gli oggetti colorati. 4. Infine si riveste il caleidoscopio con la con la carta adesiva.

20 ENERGIA la geotermia Per questa sezione l esperienza che verrà riprodotta sarà una simulazione di un sistema geotermico naturale. Un sistema geotermico è formato da tre elementi: la sorgente di calore, il serbatoio ed il fluido, che è il mezzo che trasporta il calore. La sorgente di calore può essere una intrusione magmatica a temperatura molto alta ( 600 C), che si è posizionata a profondità relativamente piccola (5-10 km), oppure, come in certi sistemi a bassa temperatura, il normale calore della Terra. Il fluido geotermico, nella maggioranza dei casi, è acqua meteorica in fase liquida o vapore, in dipendenza dalla sua temperatura e pressione. Quest acqua spesso trascina con se sostanze chimiche e gas, come CO 2, H 2 S ed altri. Il serbatoio è un complesso di rocce calde permeabili nel quale i fluidi possono circolare assorbendo il calore. Il serbatoio generalmente è ricoperto da rocce impermeabili e connesso a zone di ricarica superficiali dalle quali le acque meteoriche possono sostituire, totalmente o parzialmente, i fluidi perduti attraverso vie naturali (per esempio sorgenti) o che sono estratti mediante pozzi.

21 ENERGIA la geotermia Schema di un sistema geotermico

22 ENERGIA la geotermia Nel nostro caso, all interno di una struttura più grande verrà posizionato un fornelletto elettrico da campo, per simulare la sorgente di calore. Il serbatoio verrà realizzato per mezzo di una beuta di vetro pirex resistente al calore dotata di un tappo di gomma per simulare la roccia confinante il serbatoio, attraverso il tappo un tubicino di plastica porterà il fluido fino alla superficie. Il fluido geotermico nel nostro esperimento sarà acqua.

23 ENERGIA la geotermia Accendendo il fornelletto si fornirà energia al sistema, il liquido presente nella beuta si riscalderà fino ad arrivare all ebollizione con conseguente formazione di vapore che simulerà l riscaldamento di una piccola casa.