La luce e le ombre. idrogeno + idrogeno = elio + energia

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1 Laboratorio di scienze La luce e le ombre Questo laboratorio ti farà sperimentare che cosa è l energia radiante (quella dei raggi solari, la luce). Inoltre scoprirai come si possa anche giocare con i raggi di luce. Il Sole, prima fonte di energia L energia del Sole si chiama energia radiante perché ci arriva sotto forma di raggi. Ma come fa il Sole a produrre energia? Il Sole è un enorme massa di idrogeno. L idrogeno è l elemento chimico più abbondante e leggero che ci sia nell Universo. Sul Sole ci sono temperature altissime che riescono addirittura a fondere insieme due atomi di idrogeno e generare un nuovo elemento: l elio. 100 grammi di idrogeno servono però a produrre solo 99 grammi di elio, 1 grammo di materia viene persa e si trasforma in una enorme quantità di energia. idrogeno + idrogeno = elio + energia A causa di questa reazione chimica la quantità di materia che costituisce il Sole lentamente diminuisce e si trasforma in energia. L uomo è in grado di riprodurre questa importante reazione ma finora non è riuscito a controllarla. E su questa reazione che si basa la bomba atomica. Un uso controllato, e quindi non pericoloso, dell enorme energia sprigionata dalla fusione atomica fornirebbe al mondo la soluzione a tutti i problemi energetici. Per capire quanta energia ci sia nei raggi del Sole puoi fare questa semplice prova. Materiali: due bicchieri di plastica (o se possibile di polistirolo), un vaso grande dello yogurt di plastica, carta igienica, carta nera, cartoncino ricoperto di alluminio, pellicola per alimenti, fettine di mela, nastro adesivo. Attività: fodera di carta nera l interno di uno dei bicchieri di plastica, metti le fettine di mela sul fondo del bicchiere, coprilo con la pellicola. Avvolgi a cono il cartoncino, mettilo intorno al bicchiere con la parte di alluminio verso l interno e fissalo con il nastro adesivo, infila tutto dentro il secondo bicchiere e poi nel vaso grande, mettendo della carta igienica tutto intorno per bloccarlo. Esponi il bicchiere ai raggi solari diretti 2006 RCS Libri S.p.A. - Divisione Education 1

2 inclinandolo se necessario e spostalo ogni volta che il Sole cambia posizione. Dopo un po di tempo ti accorgerai che le fettine di mela sono cotte. Che cosa è successo? Questo piccolo forno solare sfrutta il calore del sole ma per farlo funzionare bisogna indirizzare bene i raggi e cercare di impedire al calore di sfuggire, per questo bisogna mettere diversi bicchieri uno dentro l altro. L alluminio riflette i raggi solari come uno specchio e li indirizza sul cibo aumentando la potenza del forno, anche la carta nera aiuta perché il nero assorbe i raggi. La pellicola di plastica infine, impedisce al calore di disperdersi. Ora cerchiamo di capire che cosa sono i raggi del Sole. Essi, in realtà, sono onde elettromagnetiche che ci danno luce e calore. Per capire com è fatta un onda pensa ad un sasso gettato in uno stagno e prova a simulare questa situazione in laboratorio. Materiali: una bacinella piena d acqua, un sassolino. Attività: butta il sassolino nella bacinella e osserva il comportamento del sasso e dell acqua. Il sasso va a fondo, sull acqua si formano dei cerchi, delle onde, che si allargano sempre di più partendo dal punto in cui il sasso è caduto. Anche quando il sasso è ormai finito sott acqua le onde continuano ad esserci. Il sasso cadendo ha trasmesso energia alle particelle di acqua che hanno cominciato a muoversi dall alto verso il basso generando le onde. Vediamo meglio come sono fatte le onde. Materiali: una corda per saltare. Attività: prendi la corda per una estremità e muovi con forza il braccio in su e in giù come se fosse una frusta: la corda formerà delle onde. Ora disegna su un foglio di carta la forma che ha preso la corda mentre la sbattevi. Le onde che si formano sulla corda sono prodotte dall energia che tu le trasmetti scuotendola RCS Libri S.p.A. - Divisione Education 2

3 La forma che assume la corda è utile per farti capire come si misura la lunghezza d onda, cioè la distanza fra le creste di due onde vicine. Le onde elettromagnetiche sono di tipo diverso e si classificano in base alla loro diversa lunghezza d onda. Osserva il disegno e racconta qualche tua esperienza con i diversi tipi di onde elettromagnetiche che vedi illustrate (ad esempio: hai mai fatto i raggi X? come immagini che funzioni il tuo apparecchio radio?). Solo una parte delle onde che ci arrivano dal Sole sono visibili! Quelle che noi chiamiamo luce, hanno una lunghezza d onda che le rende visibili al nostro occhio, tutte le altre sono invisibili. L energia che arriva dal Sole in parte è riflessa dalla Terra stessa e rimandata nello spazio come calore, in parte è utilizzata dall uomo, dagli animali e dalle piante per la loro vita RCS Libri S.p.A. - Divisione Education 3

4 Giochi con la luce Ecco alcuni giochi che puoi fare utilizzando la luce. Esperienza 1 Procurati uno specchietto poi prova a intercettare un raggio di sole che entra dalla finestra e a deviarlo verso un punto sulla parete della stanza. Disegna il percorso del raggio di sole e spiega con delle didascalie quel che succede. Esperienza 2 Ricopri con un foglio di alluminio la lente di una torcia elettrica e fai un buchino con la matita al centro, appoggia la torcia su un tavolo, accendila e oscura la stanza. Ora prendi uno specchietto e, ruotandolo, cerca di colpire con il raggio di luce riflessa dallo specchietto una palla che terrai nell altra mano. Disegna anche in questo caso il percorso del raggio di luce e spiega con delle didascalie quel che succede. Esperienza 3 Se ti sembra di aver capito come si comporta la luce con gli specchietti, puoi provare a costruire un oggetto che ti permetterà di vedere.oltre un muro: il periscopio. Materiali: due specchietti, un foglio di cartone alto circa 60 cm e largo 45 cm, colla e nastro adesivo, forbici, righello, matita. Attività: piega il cartone nel senso della lunghezza a intervalli di 10 cm in modo che chiudendolo si formi un parallelepipedo senza basi, con le forbici incidi delle fessure sulle facce laterali in cui dovrai infilare i due specchietti come vedi nel disegno. Chiudi il parallelepipedo incollando il lembo avanzato di 5 cm lungo una faccia e infila gli specchietti poi fissali con il nastro adesivo. Fai un buco nella faccia anteriore e uno in quella posteriore come indicato nella figura. percorso della luce specchietti 60 cm muro buco rivolto verso la parte da guardare buco da cui devi guardare con gli occhi occhio 45 cm 2006 RCS Libri S.p.A. - Divisione Education 4

5 Ora poniti dietro a un muro e fai sporgere il periscopio oltre di esso: riesci a vedere dall altra parte? Come mai? Prova spiegare come fanno ad arrivare al tuo occhio le immagini che vedi (segui il percorso della luce come indicato in figura) RCS Libri S.p.A. - Divisione Education 5

6 Le ombre del Sole Hai mai provato a osservare come cambia la tua ombra quando cammini al Sole? Anche se rimani immobile dopo poco tempo la tua ombra sarà più lunga o più corta e probabilmente avrà anche cambiato posizione. Esperienza 1 Prova a osservare l ombra di un albero o di una casa in una giornata soleggiata, in tre diversi momenti, ad esempio alle 9 del mattino, a mezzogiorno e alle 15. Le ombre cambiano o restano sempre uguali? Come cambiano? Rappresenta con un disegno quel che è successo disegnando il Sole, l oggetto e la sua ombra nei tre momenti in cui li hai osservati. Trovi qualcosa in comune nel modo di comportarsi delle diverse ombre? Le ombre del Sole si possono utilizzare per leggere l ora perché l ombra degli oggetti si sposta e ruota a mano a mano che il tempo passa e il Sole si sposta nel cielo. Il Sole si leva al mattino ad Est, traccia un arco nel cielo e tramonta alla sera ad Ovest. Compiendo questo movimento si alza e si abbassa sull orizzonte, la linea che separa la Terra dal cielo. Quando il Sole è più basso, al mattino e alla sera, proietta un ombra più lunga, quando è più alto (a mezzogiorno raggiunge il massimo dell altezza) proietta un ombra più corta. Confronta i due triangoli formati dal bastone, dalla sua ombra e dai raggi del Sole a diverse ore della giornata: che cosa cambia? Il Sole in estate compie un percorso molto differente da quello dell inverno; il percorso è più lungo e il Sole è più alto sull orizzonte, per questo le ombre proiettate sono diverse. Ci sono due giorni speciali durante l anno: il 21 giugno, solstizio d estate, e il 22 dicembre, solstizio d inverno RCS Libri S.p.A. - Divisione Education 6

7 Il 21 giugno il Sole percorre l arco più ampio e più alto nel cielo, questo è dunque il giorno più lungo dell anno, mentre le ombre proiettate a mezzogiorno sono le più corte. Il 22 dicembre, al contrario, il Sole percorre l arco più corto e più basso nel cielo, questo è dunque il giorno più breve dell anno, mentre le ombre proiettate a mezzogiorno sono le più lunghe. A mezzogiorno l ombra di qualsiasi oggetto indica la direzione precisa del Nord: sai spiegare perché? Il Sole proietta le ombre dalla parte opposta di quella in cui si trova: a mezzogiorno la posizione del Sole indica il Sud quindi Esperienza 2 Per farti delle idee più precise sulle ombre puoi costruire uno gnomone, cioè un bastone conficcato perpendicolarmente nel terreno che proietta la sua ombra dalla parte opposta a quella da cui provengono i raggi del Sole. Materiali: alcuni grandi fogli di carta, un bastone di legno, 2 squadrette, una bussola, un orologio, cordini. Attività: per essere sicuro che lo gnomone sia ben diritto, metti due squadrette perpendicolari tra loro (come vedi nella figura) e verifica che lo gnomone combaci con entrambe. Osserva l ombra ogni ora per quante più ore puoi e ogni volta tira un cordino dalla base dello gnomone fino alla punta dell ombra. Ora togli lo gnomone e appoggia un foglio di carta leggera sul terreno in modo da poter ricopiare l esatta posizione dei cordini. Scrivi la data sul foglio e incollalo su un cartellone. Ripeti la stessa operazione in diversi periodi dell anno: lo gnomone deve essere sempre lo stesso e nella stessa posizione. Che cosa ti aspetti che succeda? Le ombre saranno sempre uguali? Il Sole sarà sempre nello stesso posto? Come fai ad accorgertene? 2006 RCS Libri S.p.A. - Divisione Education 7