ESPERIMENTO N 1 EBOLLIZIONE DELL ACQUA A BASSA PRESSIONE

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1 ESPERIMENTO N 1 EBOLLIZIONE DELL ACQUA A BASSA PRESSIONE Materiali usati: -Beuta -Becher -Fornellino -Pinze -Tappo in sughero Riempi d acqua la beuta e mettetela sul fornellino fin quando l acqua non raggiunge la temperatura di ebollizione. Una volta raggiunta, chiudi la beuta col il tappo di sughero e con la pinza capovolgila, togliendola dal fornellino. Ora riempi di acqua fredda il becher e versa l acqua sul fondo della beuta capovolta. Noterai che l acqua inizierà a bollire. Cosa accade: All inizio dell esperimento all interno della beuta abbiamo acqua e aria. Portata ad ebollizione all interno della beuta si viene a creare una miscela aria-vapore acqueo. Con l aiuto della pinza, capovolgi la beuta, dopo averla tappata. L acqua chiaramente smetterà di bollire perché la temperatura va abbassandosi.

2 Versando dell acqua fredda sulla beuta, si verrà a creare un abbassamento notevole della pressione all interno della stessa. Così facendo l acqua tornerà a bollire, in quanto necessità di una temperatura inferiore ai 100 C per raggiungere tale stato. Si può trarre, dunque, la conclusione che la temperatura di ebollizione dell acqua varia a seconda della pressione.

3 Materiale occorrente: -1 becher con acqua fredda -1 becher con acqua temperatura ambiente -1 becher con acqua calda - colorante ESPERIMENTO N 2 Agitazione termica Versare del colorante in tutti e 3 i bicchieri e noterete che la diffusione del colorante avverrà in tempi diversi nei 3 bicchieri. L agitazione termica aumenta all aumentare della temperatura e quindi la diffusione del colorante è più veloce nel becher contenente acqua calda ed è più lenta nel becher contenente acqua fredda.

4 Materiale occorrente: -2 becher -2 uova -comune sale da cucina ESPERIMENTO N 3 Principio di Archimede Riempite d acqua entrambi i becher ma nel secondo becher versate anche del sale, comune sale da cucina. In entrambi immergete un uovo. Noterete che uno affonda, mentre il secondo tenderà a galleggiare o restare sospesa a seconda del sale aggiunto nella soluzione. Cosa accade: a sinistra abbiamo il becher con semplice acqua al suo interno mentre a destra abbiamo il becher con all interno una soluzione di acqua e comune sale da cucina come vedete nel primo caso l uovo affonda perché la densità dell acqua è inferiore a quella dell uovo ed esso affonda. Nel secondo invece la densità dell acqua aumenta e l uomo riceve la cosiddetta spinta di Archimede, ovvero riceve una spinta verso l alto pari al volume di fluido spostato, potendo così galleggiare. Questo dimostra che l acqua salata ha maggiore densità e per questo motivo risulta più facile nuotare in mare aperto che invece in piscina o in un lago.

5 ESPERIMENTO N 4 Capillarità Materiale occorrente: -1 bacinella con acqua -2 elastici -1 pezzo di carta -2 vetrini 10x10 -colorante Versare l acqua nel contenitore ed aggiungere il colorante. Mettere la carta ripiegata con due vetrini e sigillarla coi due elastici. Se si inseriscono i vetrini nel contenitore dell acqua colorata, il liquido comincia a salire, ma in modo diverso. La capillarità è un principio che è il risultato di due forze, coesione ed adesione. Le forze di coesione sono forze tra molecole della stessa sostanza, nel nostro caso, l acqua, le forze di adesione sono forze tra molecole di sostanze diverse, nel nostro caso, acqua e vetro. Nella parte dove i vetrini sono a stretto contatto, l acqua sale più velocemente; quindi, le forze di adesione sono maggiori rispetto a quelle di coesione. Dall altro lato, dove abbiamo inserito la carta, l acqua sale perché le forze di coesione sono minori rispetto a quelle di adesione. Lo stesso esperimento può essere esegiuto con un cubetto di zucchero. In questo caso l acqua sale più velocemente perché nella zolletta ci sono piccolissimi interstizi dove l acqua sale per capillarità. Si può ripetere l esperimento con un gambo di sedano immerso nel liquido colorato: anche in questo caso, l acqua sale per capillarità e colora il sedano.

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7 ESPERIMENTO N 5 Tensione superficiale Materiale occorrente: -1 bottiglia piena d acqua -1 garza -1 elastico Legare a mo di tappo la garza con l elastico alla bottiglia e capovolgere la bottiglia. Grazie alla tensione superficiale si forma una sorta di pellicola tra l acqua e la garza che impedisce all acqua di fuoriuscire dalla bottiglia.

8 ESPERIMENTO N 6 PASSAGGI DI STATO: IL PALLONCINO CHE SI GONFIA AL CONTRARIO Materiali usati: -Beuta -Palloncino -Fornellino -Guanto da cucina Versate nella beuta una piccola quantità di acqua e mettetela sul forellino fintato che l acqua non raggiunge la temperatura di ebollizione. Quando l acqua infilate il palloncino sull imboccatura della beuta aiutandovi con un guanto. Il palloncino si gonfierà. Aiutandovi sempre con il guanto togliete la beuta dal fuoco ed osserverete che il palloncino si sgonfierà man mano, finquando non si gonfierà al contrario, ovvero all interno della beuta stessa. all inizio dell esperimento il sistema che ci troviamo davanti è così configurato: Nella beuta è contenuta acqua e aria. Una volta messa la beuta sul fornellino l acqua raggiungerà la temperatura di ebollizione. All interno della beuta ora avremo acqua e una miscela di aria e vapore acqueo. Il vapore acqueo occupa un volume maggiore rispetto all aria e quindi è contenuto in % maggiore all interno della beuta. Esso ha anche minore densità e quindi tende a salire verso l alto uscendo dalla beuta. Con l aiuto di un guanto verrà inserito il palloncino all imboccatura della beuta; così il vapore acqueo confluirà nel palloncino gonfiandolo

9 .Con l aiuto di un guanto togliete la beuta dal fuoco e noterete che il palloncino andrà sgonfiandosi. Questo accade perché la temperatura va abbassandosi e il vapore acqueo inizierà a condensare dando origine a molecole di acqua allo stato liquido. Una volta sgonfiato, noterete inoltre, che il palloncino tenderà a gonfiarsi verso l interno della beuta. Questo accade perché l acqua allo stato liquido occupa meno volume rispetto al vapore acqueo e di conseguenza la pressione all interno della beuta tenterà a diminuire. Il palloncino dunque verrà risucchiato all interno della beuta e tenderà ad aderire alle pareti della stessa.

10 Materiale occorrente: -1 becher -1 termometro con scala Celsius ghiaccio -fornellino elettrico ESPERIMENTO N 7 Passaggi di stato dell acqua Mettere il ghiaccio nel becher e poi il becher stesso su di un fornetto. Collocate il termometro nel ghiaccio, accendete il fornetto e osservate cosa succede. Come potete notare la temperatura rimane fissa a 0 C fino a quando tutto il ghiaccio si è sciolto. Questo a dimostrazione del fatto che la temperatura di fusione dell acqua (passaggio dallo stato solido allo stato liquido) è 0 C. Dopo che tutto il ghiaccio si è sciolto la temperatura aumenta fino a 100 C quando l acqua inizia a bollire. Anche in questo caso potete notare che la temperatura del termometro rimane fissa sui 100 C a dimostrazione che la temperatura di evaporazione dell acqua è 100 C**. ** la temperatura di ebollizione dell acqua dipende da molti fattori tra cui la pressione alla quale l acqua viene fatta bollire e le sostanze disciolte in essa (per questo motivo ricreando l esperimento è possibile che l acqua inizi a bollire in un intorno di 100 C)

11 Temperatura T ( C= Serie Tempo t (s)

12 ESPERIMENTO N 8 Peso specifico Materiale occorrente: -1 forchetta in plastica -1 forchetta in acciaio -2 fogli di alluminio -2 bacinelle con acqua immergere in una bacinella la forchetta di acciaio e nell altra quella in plastica: noterete che la prima affonda mentre la seconda galleggia. Ora provate ad appoggiare dell alluminio poco accartocciato nella prima bacinella e dell alluminio appallottolato nella seconda bacinella: il primo galleggerà mentre il secondo affonderà. La forchetta di acciaio ha una densità maggiore rispetto a quella in plastica e per questo motivo affonda

13 Il foglio d alluminio accartocciato non affonda in quanto il suo peso specifico è minore rispetto a quello dell acqua mentre il foglio appallottolato ha un peso specifico maggiore che lo porta ad affondare.

14 ESPERIMENTO N 9 Tensione superficiale Materiale occorrente: -2 becher -1 corda -acqua Dopo aver riempito il primo becher, legare un estremità della corda al manico bel becher pieno d acqua e adagiare l altra estremità nel secondo becher. Tenendo ferma la seconda estremità della corda, allontanate il primo becher in modo da tendere la corda. Sollevate il primo becher ed iniziate a versare l acqua: essa scorrerà lungo la corda. Questo accade in virtù della tensione superficiale, la quale permette all acqua di scorrere sulla corda, anziché cadere al suolo.

15 ESPERIMENTO N 10 Materiale occorrente: -bacinella piena d acqua -borotalco o pepe o origano -comune sapone liquido per piatti Buchi nell acqua Versate nella bacinella con acqua il borotalco (in alternativa il pepe o l origano) e potete notare che esso galleggerà sulla superficie. Se vi immergete un dito e lo ritraete noterete che il borotalco andrà nuovamente compattandosi; se invece versate una goccia di sapone oppure un dito insaponato, il borotalco tenderà ad allontanarsi dal punto di immersione. Se continuate a versare sapone noterete che il borotalco non galleggerà più ma affonderà poggiandosi sul fondo della bacinella. versate il borotalco nella bacinella (in alternativa il pepe o l origano). versando il sapone nella bacinella il borotalco tenderà ad allontanarsi dal punto d immersione. Versandone ancora il borotalco tenderà ad affondare. Questo perché il sapone è un tensioattivo, ovvero ha come funzione quella di abbassare la tensione superficiale dei liquidi, in questo caso l acqua. La tensione superficiale è una proprietà che si instaura tra un fluido ed un altro materiale (in questo caso tra acqua e aria). E una sorta di pellicola che permette il galleggiamento in questo caso del borotalco. Il sapone tende a diminuire tale tensione allontanando fra loro le molecole d acqua provocando l allontanamento iniziale e l affondamento finale del borotalco.

16 Diamo una sbirciata all aspetto chimico: La testa idrofila allontana fra loro le molecole d acqua diminuendo la tensione superficiale. Il borotalco così penetrerà nel liquido poggiandosi sul fondo della bacinella. Anche per questo motivo si utilizza il sapone per lavarsi le mani, in quanto la coda idrofoba si attacca allo sporco, mentre la testa idrofila all acqua. Sciacquandosi le mani la testa idrofila scorre via con l acqua trascinando la coda idrofoba alla quale è attaccata lo sporco.

17 ESPERIMENTO N 11 Tensione superficiale Materiale occorrente: -bacinella piena d acqua -un ago o graffa o moneta Poggiare delicatamente l ago o la graffa o la moneta sulla superficie dell acqua. Noterete che non affonderanno ma tenderanno a galleggiare a pelo d acqua. Cosa accade: La tensione superficiale, ovvero una proprietà esistente tra un fluido ed un altro materiale (in questo caso acqua e aria) forma una sorta di pellicola che impedisce all ago di affondare. Per limitare la tensione superficiale vengono utilizzati i cosiddetti tensioattivi, ovvero sostanze in grado di diminuire la tensione superficiale (come ad esempio il sapone). Per lo stesso principio alcuni animale riescono a camminare sull acqua!

18 ESPERIMENTO N 13 Tensione superficiale Materiale occorrente: -1 piatto con del latte -colorante -sapone liquido -1 pipetta mettere il colorante nella pipetta e versarlo in gocce nel piatto con il latte. Dopo prendete, sempre con la pipetta il sapone e versatelo nel piatto. Grazie alla tensione superficiale il colorante non si sparge sulla superficie di latte (ricordiamo che la tensione superficiale è quella proprietà dei fluidi che forma una sorta di pellicola tra il fluido stesso e un altro materiale, in questo caso l acqua). Versando del sapone, noto tensioattivo, la tensione superficiale diminuisce, le molecole si allontanano l una dalle altre ed il colorante si espande nel piatto.

19 ESPERIMENTO N 14 Principio di Pascal Materiale occorrente: -bottiglia forata -acqua Mettere l acqua nella bottiglia forata ed osservata il fenomeno. Il principio di Pascal afferma che la pressione esercitata su di un fluido si propaga con la stessa intensità in tutte le direzioni. Per questo motivo a parità di quota (al variare della quota entrerebbe in gioco la legge di Stivino) gli zampilli fuoriescono dalla bottiglia con la medesima intensità

20 ESPERIMENTO N 17 Acqua magica Materiale occorrente: -1 bicchiere -1 fazzoletto -acqua Versiamo l acqua nel bicchiere e copriamo l orlo del bicchiere con il fazzoletto. Con movimenti rapidi capovolgiamo e riportiamo nella posizione iniziale il bicchiere, tenendo con la mano il fazzoletto premuto sul bicchiere. Dopo aver effettuato l operazione varie volte notiamo cosa succede. Capovolgendo il bicchiere ripetute volte l acqua uscirà dal bicchiere facendo restare all interno di esso solo aria. Le particelle di aria fuori il bicchiere esercitano una pressione maggiore rispetto alle particelle all interno del bicchiere. Per questo motivo il fazzoletto rimane attaccato al bicchiere.

21 ESPERIMENTO N 18 Sotto pressione Materiale occorrente: -1 bicchiere -1 fazzoletto -1 bacinella d acqua Mettiamo il fazzoletto nel bicchiere e capovolgendolo inseriamolo nella bacinella sempre tenendo la verticale. Dopo alcuni secondi togliamolo dalla bacinella e prendiamo il fazzoletto. Le particelle d aria all interno del bicchiere occupano uno spazio e per questo motivo l acqua non può entrare nel bicchiere. Ne consegue che il fazzoletto una volta estratto dal bicchiere sarà completamente asciutto.

22 ESPERIMENTO N 19 Bolle di sapone Materiale occorrente: -soluzione di acqua saponata -2 cannucce -1 filo di cotone -fil di ferro Fate passare il filo di cotone all interno delle 2 cannucce e legate gli estremi formando una sorta di rettangolo o quadrato (2 lati saranno le cannucce, gli altri 2 il filo). Ora immergete il tutto nell acqua saponata, estraete e osservate cosa succede. Provate invece a formare una linea chiusa con il fil di ferro, magari un triangolo ed al vertice superiore legate un filo di cotone al cui estremo formate un cappio. Tenendo il cappio largo aiutandovi con le dita immergete il tutto nell acqua saponata e una volta estratto il triangolo notate cosa succede. Provate inoltre e rompere la pellicola formatasi all interno del cappio. Per quanto riguarda l esperimento con le cannucce noterete che il filo di cotone tenderà a convergere verso l interno. Questo perché tende ad assumere una forma circolare. Il motivo di ciò va cercato nel fatto che la pellicola di sapone immersa nell aria circostante cerca di occupare il minor spazio possibile e per far ciò deve assumere una forma che più si avvicina a quella di un cerchio, occupando così il minor spazio possibile. Nel secondo caso noteremo che andrà a formarsi una pellicola saponosa che aderisce ai lati del triangolo. Bucando la pellicola all interno del cappio (fatelo con un dito o bastoncino asciutto) il cappio assumerà una forma circolare, per lo stesso motivo descritto in precedenza.

23 ESPERIMENTO N 20 Il fiore che sboccia Materiale occorrente: -fiore di carta ripiegato -bacinella con acqua Porre il fiore di carta ripiegato nella bacinella con l acqua ed attendere qualche minuto per il verificarsi dell esperimento. Una volta poggiato il fiore ripiegato sull acqua, essa, per capillarità penetrerà nei piccoli spazi che ci sono fra le fibre della carta. La conseguenza è che le piegature si distenderanno permettendo al fiore di sbocciare.

24 ESPERIMENTO N 21 Densità dei fluidi Materiale occorrente: -2 bicchieri -garza o cartoncino traspirante -acqua -colorante -olio Riempire il primo bicchiere fino all orlo con dell acqua alla quale è stata aggiunta del semplice colorante per alimenti. Riempire il secondo bicchiere fino all orlo con dell olio. Mettere sul bicchiere con l acqua un pezzo di garza o cartoncino traspirante, affinché funga da coperchio. Tenete la mano sulla garza in modo da farla aderire al bicchiere e capovolgere velocemente lo stesso poggiandolo sul secondo. Osservate il fenomeno. L acqua ha una densità maggiore rispetto all olio e per questo motivo, mettendo in comunicazione i 2 bicchieri, quindi unendo i 2 sistemi, l acqua tende a spostarsi nel bicchiere dov è contenuto l olio e viceversa l olio tende a salire nel bicchiere dov era contenuta l acqua.

25 Materiale occorrente: -bacinella con acqua -comune plastilina -biglie ESPERIMENTO N 22 Principio di Archimede Appallottolare della plastilina ed immergerla nella bacinella: noterete che essa affonderà. Ora trasformatela in una barchetta e appoggiatela sulla bacinella: essa non affonderà, anche se mettete al suo interno alcune biglie. Il principio di Archimede afferma che un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l alto pari al peso del volume di fluido spostato. La plastilina ha un peso P maggiore rispetto al peso del volume di acqua spostata: per questo motivo avendola modellata a forma di palla essa affonderà. La stessa plastilina modellata a forma di barca sposta un volume di acqua ben maggiore, che permette alla barchetta di galleggiare anche se al suo interno mettiamo delle biglie. La stessa affonderà non appena il suo peso diventerà maggiore rispetto a quello del volume di acqua spostata.

26 Materiale occorrente: -bottiglia piena d acqua -1 ago -1 accendino -1 cannuccia -1 anello (quello utilizzato per i portachiavi) -1 pinza -1 paio di forbici ESPERIMENTO N 23 Il sub Accorciare la cannuccia con le forbici; inserire l anello e, unendo fra di loro le estremità della cannuccia con la pinza, bruciarle con l accendino, in modo che i 2 pezzi di plastica si fondino fra loro. Una volta che il sub è pronto, non resta che applicare 2 piccoli fori con l ago ed immergerlo nella bottiglia ed infine riattapparla. Schiacciare i fianchi e rilasciare ripetutamente ed osservare cosa succede. Premendo i fianchi della bottiglia, l aria all interno della cannuccia verrà compressa ed al suo interno entrerà dell acqua. Il sub risulterà troppo pesante per galleggiare e dunque affonderà. Una volta cessata la pressione l acqua fuoriuscirà dal sub facendolo riemergere.

27 Materiale occorrente: -1 piatto -1 candela -acqua -colorante -barattolo -2 monete ESPERIMENTO N 24 Effetti combustione ossigeno Versare l acqua nel piatto e poi colorarla con il colorante. Accendete la candela ed appoggiatela verticalmente nel piatto*. Ora poggiate le 2 monete nel piatto, affinché successivamente il barattolo non aderisca al piatto. Quando la candela ha un fuoco vivo poggiare il barattolo capovolto sul piatto**, a coprire la candela e notare cosa succede. Attendete affinché la fiamma della candela sia viva.

28 *Per una migliore riuscita potete utilizzare più candele **Fate attenzione che il becco del barattolo sia immerso nell acqua. Appoggiate il barattolo capovolto nel piatto sulle 2 monete e vedete che la candela presto si spegnerà e il livello dell acqua nel barattolo tenderà a salire. Questo accade perché la fiamma ha bruciato l ossigeno e lo spazio, prima occupato da questo, è ora rimpiazzato dall acqua.

29 ESPERIMENTO N 25 Vasi comunicanti Materiale occorrente: -2 bicchieri in plastica trasparente -1 cannuccia -acqua praticare dei piccoli fori su entrambi i bicchieri (preferibilmente quasi a livello della base) e infilarvi le due estremità della cannuccia. Come potete notare il livello dell acqua in entrambi i bicchieri raggiunge lo stello livello. Questa è una diretta conseguenza della legge di Stivino. Tale legge afferma che vi è una relazione che lega la pressione all accelerazione di gravità, alla quota (o altezza) ed alla densità del fluido, in sostanza P = ρgh. Questa relazione ci porta alla conclusione che essendo la pressione in entrambi i bicchieri la stessa (p1 = p2); essendo uguale anche il valore di g ed essendo uguale anche il valore di ρ, ne consegue che anche il valore di h tenderà ad uniformarsi.

30 Un ulteriore prova di questa legge consiste nel sollevare uno dei due bicchieri e notare come nel bicchiere più in alto il livello dell acqua si abbassa mentre nel bicchiere più in basso il livello dell acqua si abbassa.

31 Hanno partecipato al progetto gli alunni: Abbonante Anna Maria Arcovio Francesca Bevilacqua Giusy Carluccio Ivonia Cavar retta Emanuele Cilidonio Alessia De Bertolo Carlo De Luca Gilda Filippelli Martina Le Rose Francesco Licciardi Maria Caterina Malena Giuseppe Malena Marco Marino Marianna Marino Sara Mingrone Margherita Morgione Giada Morise Salvatore Nigro Cataldo Rizzo Pasquale Scerra Santo Sinopoli Gioia Zangari Rocco Zito Giovanni Zucco Giovanni

32 DOCENTE FORMATORE: Prof. Pasquale Barone DOCENTE SPERIMENTATORE: Prof.ssa Baldassarre Tommasina Si ringrazia per la collaborazione, per il montaggio e le musiche: Abenante Antonio SI RINGRAZIANO PER L ADESIONE AL PROGETTO: il Dirigente scolastico, Prof. Barberio Giuseppe I genitori degli alunni