Prendiamo un po d aria

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1 Il Giardino della Scienza SE ASCONA In collaborazione con Comune di Ascona Prendiamo un po d aria L aria non si vede ma spinge, frena, gonfia, muove, solleva, schiaccia, si dilata, soffia e abbiamo preparato una serie di esperimenti per mostrarlo. L aria non si vede: l aria è presente (quasi) ovunque attorno a noi 1 Cosa contiene una bottiglia di plastica? Un po d acqua e poi? E se la schiacciamo? Si deforma? No, se non svitiamo il tappo! La bottiglia contiene l aria. Domande: nelle nostre tasche c è dell aria? Cosa significa sottovuoto? Hai già visto dei cibi sottovuoto? Sviluppi: l aria di cosa è fatta? E presente ovunque con la stessa densità? (pensiamo alla differenza tra montagna e pianura) 1

2 2 Vortex bottle connector Perché l acqua non scende dalla bottiglia superiore o lo fa molto lentamente? L aria presente nella bottiglia inferiore e la proprietà dell acqua di formare delle gocce (forza di coesione) impediscono all acqua di scendere. Se facciamo ruotare la bottiglia in modo che la base faccia da perno, l acqua che aderisce alle pareti (forza di adesione) si muoverà a una velocità maggiore di quella al centro e formerà un vortice. Si crea un buco nell acqua che svuoterà rapidamente la bottiglia. Con liquidi come l olio o l acqua e sapone (o se l acqua è da un po nella bottiglia) il comportamento è diverso, c è sempre un po di liquido che passa attraverso il foro verso il basso. L aria aspira: la fontana di Erone, l imbuto e il Windtube 3 Come si forma la fontana di Erone? Nella fontana di Erone, l acqua scende dalla bottiglia superiore piena attraverso una delle cannucce e l aria scorre velocemente in alto attraverso l altra. Si genera una depressione che risucchia l acqua attraverso dei fori, nascosti dal tappo di plastica, ed esce dall estremità superiore formando la fontanella. Fountain connection 4 Come mai la pallina di polistirolo si solleva soffiando nel tubo? L aria in movimento, creata con il soffio, genera una depressione che risucchia la pallina di polistirolo, questa è spinta verso l alto dalla pressione atmosferica esercitata dall aria che la circonda. 5 Come mai il cono di carta si solleva soffiando nel collo della bottiglia? L aria in movimento (creata con il soffio) crea anche qui una depressione che risucchia il cono di carta, questo è spinta verso l alto dalla pressione atmosferica presente nell aria che lo circonda. 6 Windtube Il Windtube è un lungo sacchetto di plastica. Perché si riempie meglio soffiando da una certa distanza invece che soffiando direttamente con la bocca a contatto con l imboccatura? Soffiando uno spiffero a bocca socchiusa nel Windtube da una certa distanza, si forma una depressione che viene compensata dall aria circostante a pressione atmosferica. Il sacco si riempie quindi di aria proveniente dall ambiente e non dai polmoni di chi soffia. 2

3 L aria spinge: il Diavoletto di Cartesio 7 Come mai schiacciando le pareti della bottiglia, il diavoletto di Cartesio (o il calamaro) scende mentre lasciando le pareti, questo risale? Cartesian devil Schiacciando le pareti della bottiglia si comprime l aria nell alto della bottiglia e la pressione si trasmette all acqua che entra all interno dalla coda/pipetta rendendo più pesante il Diavoletto/calamaro e quindi facendolo scendere (principio di Archimede). Al contrario, liberando le pareti della bottiglia, la pressione dell aria diminuisce, l acqua ritrova spazio nella bottiglia e quindi esce dalla coda/pipetta rendendo il Diavoletto/calamaro più leggero. L aria occupa spazio 8 Perché è impossibile gonfiare una palloncino all interno di una bottiglia? La presenza dell aria all interno della bottiglia non lascia spazio per gonfiare il palloncino, mentre se al fondo della bottiglia si pratica un foro, l aria può uscire dal buco permettendo al palloncino di gonfiarsi. L aria si dilata e si contrae: bottiglia e palloncino con acqua calda 9 Come si comporta l aria se la riscaldiamo, e se la raffreddiamo? Mettendo la bottiglia nel catino con acqua bollente, l aria presente nella bottiglia si scalda, si espande ovvero tende ad occupare più spazio e quindi sale verso il palloncino gonfiandolo. Immergendo la bottiglia nell acqua fredda, invece, l aria presente nella bottiglia si raffredda, si contrae sgonfiando il palloncino. L aria solleva: pallina e pallone 10 La spinta dell aria sostiene il peso della pallina. L aria crea una specie di tubo nel quale la pallina si solleva. Rimane nel tubo perché l aria soffiata che scorre sopra superficie curva della pallina è più veloce dell aria che passa al di sotto, la pallina perciò riceve una pressione maggiore dal di sotto che la sostiene. 3

4 11 Piegando il Phön, la pallina rimane sollevata grazie all equilibrio che si crea tra il peso della pallina e la forza dovuta alla pressione differenza di pressione tra i due lati della pallina. L aria che fluisce sopra la pallina è più veloce dell aria che fluisce sotto e si crea la differenza di pressione che spinge verso l alto. 12 Se il flusso d aria è sufficiente, si riesce a tenere sollevato anche un pallone gonfiabile. L aria su può lanciare: l Airzooka 13 Quando lanciamo aria con l Airzooka contro un bersaglio mobile (una tenda o una pianta) ne vediamo l effetto dopo un certo tempo. Perché? L Airzooka sembra non lanciare nulla ma in realtà lancia dell aria che si rende visibile quando colpisce un bersaglio mobile come una tenda o dei capelli. Quest aria impiega qualche secondo prima di raggiungere la tenda. La risposta quindi non è immediata. Questo significa che non si tratta di aria che sposta altra aria come in un onda sonora bensì dello stesso pacchetto di aria che, impiegando qualche secondo, raggiunge la superficie desiderata. Questi pacchetti d aria prendono la forma dell interno dell Airzooka. Questi sono visibili utilizzando la macchina del fumo e hanno la forma di un anello. Airzooka L aria pesa: le ventose 14 Cos è una ventosa? È un oggetto a forma di coppa di gomma, o di altro materiale, capace di aderire alle superfici lisce. Schiacciando la ventosa sulla superficie liscia, tutta l aria al di sotto, esce. La pressione atmosferica, dovuta al peso dell aria sopra di noi, agisce sulla ventosa impedendo a quest ultima di staccarsi. La forza necessaria per staccarla è proporzionale 4

5 Pressure Pullers alla superficie della ventosa. 15 Schiacciando la pallina, la ventosa aderisce alla superficie liscia, la molla si contrae e solo dopo un po riesce a vincere la forza della ventosa saltando in aria. Per il grillo sono le zampe a fungere da molla. L aria fa strani scherzi: due palloncini 16 Perché, quando gonfiamo un palloncino, risulta più faticoso soffiare all inizio, quando il palloncino è ancora completamente sgonfio, che quando il palloncino è già in parte gonfiato? L esperimento rende evidente come, aprendo i rubinetti, l aria presente nel palloncino piccolo si sposta verso il palloncino più grande. Questo è dovuto alla pressione esercitata dalla parete del palloncino, che in questo caso risulta maggiore nel palloncino piccolo. Two balloon surprise La stessa cosa capita gonfiando un palloncino. All inizio la forza esercitata dalle pareti del palloncino è tale da far fatica a soffiare l aria all interno, poi questa diminuisce e soffiare diventa meno faticoso. L aria fa muovere: auto ad aria, razzi 17 L aria può sprigionare una forza tale da mettere in movimento delle macchinine. L impulso, massa d aria che esce velocemente, dovuto all aria compressa nel palloncino è tale da spingere la macchinina nel senso opposto. 18 L elastico situato nel tubo, una volta caricato, si srotola facendo girare l elica. Le pale dell elica muovono indietro l aria con una tale forza da provocare il movimento in avanti della macchinina. 19 Come funziona un razzo ad aria? Pump rocket Spingendo la parte posteriore, l aria presente nel tubo viene compressa esercitando una forza tale da vincere l attrito del razzo con il tubo, permettendogli così di partire. La parte anteriore del razzo staccandosi compie una traiettoria chiamata parabola prima di raggiungere il pavimento. 5

6 20 Finale con i palloncini sonori! L aria che esce fa vibrare la parte terminale del palloncino emettendo un fischio. Il loro moto è del tutto caotico e casuale. Rocket balloons Costruzione del razzetto ad aria Materiale :. 1 palloncino. 1 cannuccia pieghevole. 1 cannuccia dal diametro leggermente più grande della cannuccia pieghevole (cannuccia grossa). 1 pezzetto di spugna (cubetto di 2 * 2 * 2 cm). plastilina. talco. collo di una bottiglia PET Procedimento: 1. Con l ausilio di un collo di bottiglia PET, far scivolare prima del talco e poi il pezzetto di spugna nel palloncino. 2. Tagliare la cannuccia pieghevole 1/3 del lato lungo della cannuccia pieghevole. 3. Creare una anello di plastilina attorno alla cannuccia pieghevole a una distanza di 1 cm dalla piegatura sul lato corto. 4. Inserire il lato corto della cannuccia nel palloncino. 5. Usare l anello di plastilina per chiudere ermeticamente il palloncino e soffiare dal lato lungo della cannuccia nel palloncino per accertarsi che non ci siano perdite di aria. 6. Tagliare un pezzo di ca 5-6 cm di cannuccia più grossa. 7. Coprire ermeticamente un lato del pezzo di cannuccia grossa con della plastilina. 8. Inserire il lato corto della cannuccia pieghevole nel pezzo di cannuccia grossa. Ora tutto è pronto per il primo lancio! Figure 1-8 6

7 Costruzione di una girandola (da Divertiamoci con la scienza di Brenda Walpole Ed. De Agostini ragazzi) Materiale : cartoncino sottile o carta robusta 1 cappuccio di una bottiglia di detersivo liquido 1 bastoncino 1 chiodo lungo 38 mm Procedimento: 1. Riportare la forma sottostante sul cartoncino. Tracciare le linee e i cerchi. Figura 1 : 2. Tagliare il cartoncino lungo le righe tratteggiate e praticare i fori dove indicato. 3. Ripiegare i 4 angoli e incollarli fra loro. 4. Fissare il cappuccio della bottiglia di detersivo al centro della girandola e spingere l estremità piccola finché esce dall altra parte della girandola. 5. Infilare il chiodo al centro del cappuccio e piantarlo nel bastoncino con il martello. Figura 2: 7

8 6. Soffiare verso la girandola 7. Funziona meglio se si soffia di fronte o di lato? Cosa succede La girandola gira e gira meglio se si soffia di lato. Perché : L aria soffiata raggiunge le pale della girandola facendola girare. Questa gira meglio se si soffia di lato perché l aria raggiunge meglio l interno delle pale e quindi lavora con più forza. Dove trovare il materiale per gli esperimenti 2, 3, 6, 7, 13, 14, 15, 16, 19, 20 Educational Innovations 17, 18 Opitec Altri esperimenti: negozi Do It, bottiglie di PET, palloncini, materiale scolastico Prendiamo un po d aria visto dai bambini della scuola dell infanzia di Intragna Testo e foto: Agata Filippini e Giorgio Häusermann Per informazioni: Giorgio Häusermann giorgio.haeusermann@supsi.ch 8