Festival della Scienza 2011 – Un laboratorio… col botto! .

Festival della Scienza 2011 – Un laboratorio… col botto!

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Cos’è il fuoco?

Nel linguaggio comune chiamiamo “fuoco” il manifestarsi visibile di una combustione; la combustione è una reazione chimica, ossia un fenomeno in cui alcune “sostanze” si combinano con altre, ed il risultato di questa combinazione – incontro di “sostanze” è la trasformazione di esse in “sostanze nuove”, con rilascio di energia.

Nel caso di un falò di legna, la legna “incontra” l’ossigeno dell’aria: un po’ di ossigeno si consuma, un po’ di legna si consuma ed insieme si trasformano in “sostanze” diverse (cenere e fumi), rilasciando energia sotto forma di calore e luce. Nel caso del motore di un’automobile, la benzina “incontra” l’ossigeno dell’aria: un po’ di ossigeno si consuma, un po’ di benzina si consuma ed insieme si trasformano in “sostanze” diverse (fumi), rilasciando energia sotto forma di calore e lavoro meccanico (il motore muove l’automobile).




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Per ottenere il fuoco occorrono tre… “ingredienti”:

COMBUSTIBILE (nell’esempio del falò, la legna)

INNESCO (nell’esempio del falò, il fiammifero o l’accendino che ha acceso inizialmente il fuoco)

COMBURENTE (nell’esempio del falò, l’ossigeno dell’aria)

ESPERIMENTOAl “laboratorio col botto” mostriamo come una candela accesa, posta sotto un bicchiere rovesciato, si spegne a seguito del consumo del comburente (ossigeno sotto il bicchiere)




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Dal fuoco al “botto”

L’effetto pirotecnico più semplice è il botto.Effetti più complicati, derivanti dal botto, sono i fuochi d’artificio ad apertura colorata che tutti conoscete.Vediamo come “funziona” un botto!

ESPERIMENTOAl “laboratorio col botto” facciamo esplodere un vero… botto!

Naturalmente si tratta di un piccolo effetto dimostrativo “da Capodanno” e l’esperimento viene condotto in piena sicurezza dai nostri tecnici.




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Come siamo passati dal fuoco della candela, al botto?

COMBUSTIBILE: all’interno del tubetto di cartone che costituisce il petardo c’era polvere di alluminio; può sembrare strano ma… i metalli, che solitamente vediamo impiegati come materiali per la costruzione di oggetti vari, sono anche ottimi combustibili se ridotti in polvere.

INNESCO la classica “miccia del botto”, che ha acceso il nostro operatore

COMBURENTE… qui c’è il segreto del botto! Sveliamolo alla prossima slide!

Nell’esperimento del botto possiamo riconoscere la presenza dei tre “ingredienti” del fuoco




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COMBURENTE… qui c’è il segreto del botto: sveliamolo ora!

Dentro il petardo c’è pochissima aria, ancora meno rispetto alla poca aria che si trovava sotto il bicchiere nell’esperimento della candela… quindi non c’è ossigeno sufficiente a sostenere una combustione. Come ha fatto dunque l’alluminio a bruciare all’interno del petardo?

…ecco il “trucco”! Al combustibile è miscelato un comburente solido, il perclorato di potassio, capace di fornire quell’ossigeno che la poca aria non potrebbe dare. In questo modo l’alluminio può bruciare molto velocemente all’interno di un piccolo spazio chiuso: il cilindretto di cartone tappato che costituisce il piccolo “botto” di Capodanno!




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Ok, abbiamo capito la combustione all’interno del “botto”… ma… come si produce l’effetto sonoro?

Il petardo è simile a una bottiglia di spumante: ha il tappo e l’esplosione l’ha fatto “saltare”.

…un piccolo volume di solido (circa una punta di cucchiaino di solidi in polvere, perclorato di potassio e alluminio), in un tempo brevissimo s’è trasformato in un grande volume di gas, espellendo il tappo del petardo e generando un’onda sonora in aria…

…chi assiste all’esperimento è immerso nell’aria e quindi è investito dall’onda sonora, che si muove a circa 350 metri al secondo. Ciò significa che il “botto”, rispetto alla luce che viaggia a velocità molto superiore, arriva in ritardo rispetto al lampo. Immaginate uno spettacolo di fuochi d’artificio a 350 metri da noi: ogni “botto” arriverà, rispetto al lampo dell’esplosione, con circa un secondo di ritardo alle nostre orecchie!

…questo fenomeno dev’essere tenuto in considerazione dal progettista di spettacoli piromusicali, nei quali i fuochi d’artificio sono sincronizzati con la musica.




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ESPERIMENTO BANG!

…foriamo un palloncino gonfio d’aria

Anche questo è un “botto”…. Ma perché non è un “fuoco d’artificio”?




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Un vero fuoco d’artificio è… di fuoco! …E nell’esperimento del palloncino il fuoco è mancato!

Analizziamo le differenze tra il botto del petardo e il botto del palloncino:

Nell’esplosione del petardo abbiamo assistito ad una reazione chimica: alcune “sostanze” si sono combinate tra loro e, facendolo, si sono “consumate”, originandone altre. Cioè: la polvere d’effetto si è trasformata in prodotti gassosi, ossidi, ecc…

…Nel caso del palloncino, l’aria in esso contenuta è “scappata fuori” molto rapidamente, ma durante l’evento… “è restata tal quale”: prima dello scoppio era aria racchiusa nel palloncino, dopo lo scoppio è rimasta aria, disperdendosi nell’ambiente. Non c’è stata pertanto una reazione chimica.




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Dal “botto” alla propulsione

I fuochi artificiali sono affascinanti perché, oltre a produrre botti, salgono alti nel cielo, oppure producono fontane di scintille colorate che si sollevano dal suolo, o ancora creano effetti dinamici come girandole di fuoco.Come si possono ottenere questi effetti meccanici a partire dal fuoco?

Un tecnico Setti Fireworks illustra il funzionamento di una bomba pirotecnica per uso professionale, utilizzando veri mortai pirotecnici e… bombe pirotecniche uguali alle originali per forma e dimensioni, ma realizzate con materiali inerti per la sicurezza di tutti!

ESPERIMENTO

Abbiamo visto nel precedente esperimento che una combustione velocissima trasforma in brevissimo tempo un piccolo volume di solido in un grande volume di gas, e che ciò ha permesso di “stappare” il petardo e produrre il classico botto. Immaginate di applicare il concetto al lancio di un oggetto più pesante del tappo ed il gioco è fatto!


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La polvere da sparo

Il più antico esplosivo prodotto dall’uomo è la polvere nera che si compone dei soliti “ingredienti”: combustibile e comburente; l’innesco si ha quando la si vuole accendere.

Si prova ad accendere il nitrato di potassio e si nota che non prende fuoco. Si prova ad accendere la polvere di carbone e si nota una grande difficoltà ad accenderla. Si prova ad accendere lo zolfo: si accende con difficoltà e quando acceso brucia lentissimamente. Se però si mescolano zolfo e carbone, e ad essi si aggiunge un po’ di nitrato di potassio, all’accensione si ottiene una fiamma viva: il nitrato di potassio, surriscaldato, dona una grande quantità di ossigeno all’ambiente di reazione. L’esperimento, pur non producendo polvere nera (le proporzioni dei componenti non sono esatte e manca il processo di intima miscelazione), rende comunque l’idea di ciò che avviene nelle comuni miscele pirotecniche, da essa derivate.

ESPERIMENTO

Nella polvere nera abbiamo per COMBUSTIBILI lo zolfo e il carbone di legna, per COMBURENTE il nitrato di potassio.


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I colori nei fuochi d’artificio

I moderni fuochi artificiali possono colorare il cielo sia di giorno che di notte.Di giorno, mediante effetti fumogeni colorati; di notte, mediante fiamme ed altri effetti di fuoco a luce colorata.

La fisica del colore “di giorno” (fumogeno) è completamente diversa dalla fisica del colore “di notte” (elementi a fiamma colorata o simili).

I fuochi artificiali più noti sono quelli notturni, pertanto ci occuperemo solamente del “colore notturno”, ovvero delle miscele che emettono luce colorata o bianca.


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La luce è una radiazione elettromagnetica, così come le onde radio che permettono le comunicazioni radiofoniche, le microonde utilizzate per scaldare i cibi, la radiazione infrarossa che ci fa avvertire a distanza il calore di un oggetto rovente, ecc...Il nostro occhio è una sorta di “antenna”, capace di captare soltanto alcune onde elettromagnetiche tra le molte che conosciamo: quelle onde sono il fenomeno che comunemente chiamiamo “luce”, le restanti onde ci sono, ma non le vediamo coi nostri occhi.

L’ “identikit” di un’onda elettromagnetica è la sua frequenza, oppure la sua lunghezza.L’onda elettromagnetica più lunga che il nostro occhio vede corrisponde alla luce rossa, la più corta al violetto.Tra il rosso e il violetto ci sono i “colori dell’arcobaleno”.

Somministrando energia a talune “sostanze”, esse la restituiscono emettendo luce a lunghezze d’onda molto precise, ossia emettendo luce colorata. Ad esempio riscaldando sul fornello di casa un notissimo composto del sodio, il “sale da cucina” o cloruro di sodio, si nota che la fiamma assume una colorazione gialla.


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Ecco alcuni esempi di composti utilizzati per ottenere fuochi colorati:

•Sali dello stronzio: rosso;•Sali del bario: verde;•Sali del sodio: giallo;•Metalli come il magnesio e l’alluminio, oppure la lega magnesio + alluminio, bruciano emettendo luce bianca abbagliante.

E’ possibile sfruttare le caratteristiche coloranti e quelle di poter bruciare, o di poter fornire ossigeno, di molti composti. Per esempio una miscela di magnesio (combustibile) e nitrato di sodio (comburente) nelle giuste proporzioni, dà una fiamma gialla luminosissima: il giallo è dato dal sodio, la grande luminosità dal magnesio.

ESPERIMENTO Si compiono esperimenti di chimica utilizzando composti che colorano le fiamme, combustibili e comburenti.


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…Come si accendono i fuochi?

I moderni spettacoli pirotecnici sono accesi elettricamente e gestiti elettronicamente: ciò unisce una maggior sicurezza per gli operatori alla possibilità di realizzare coreografie irrealizzabili mediante l’accensione manuale.

ESPERIMENTO Il pubblico “tocca con mano” alcuni moduli del sistema di accensione in remoto in uso presso Setti Fireworks e con esso “spara” alcuni palloncini.


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L’accensione dei fuochi mediante elettricità si basa su semplici princìpi di elettrotecnica

La corrente elettrica è paragonabile all’acqua che scorre in un tubo: se il tubo “pesca” da un catino posto in posizione sopraelevata rispetto allo sbocco del tubo, nel tubo fluisce l’acqua, dall’alto verso il basso. Similmente, se tra le due polarità di un circuito c’è una differenza di potenziale che si misura in Volts (analoga alla differenza di quota tra il catino e lo sbocco del tubo), nel circuito si ha un passaggio di corrente, la cui intensità si misura in Ampères.

Esistono dei componenti, detti resistenze elettriche, che al passaggio della corrente si scaldano grandemente: esse sono quindi utilizzabili come innesco per accendere un fuoco.

Un “classico” esempio di resistenza elettrica è quello della stufa elettrica; l’accenditore elettrico è una resistenza ricoperta di materiale pirotecnico la quale ha la capacità di arroventarsi in un tempo brevissimo al passaggio di una corrente di intensità adeguata.

Ciò permette accensioni molto precise, che consentono di sincronizzare i fuochi con la musica: lo spettacolo piromusicale è ideato “a tavolino”, i dati vengono “caricati” su apposite macchine ed esse, durante lo spettacolo, provvedono ad “inviare la musica” ad un impianto stereofonico e contemporaneamente eseguono in automatico le accensioni, così come da progetto.


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…ed ora… dalla teoria alla pratica: sul maxi schermo proponiamo “un assaggio” di nostri spettacoli piromusicali…

…nel frattempo, i nostri tecnici rispondono alle domande del Pubblico…

…e, giunti alla conclusione del “laboratorio col botto”…

…diamo appuntamento a tutti gli appassionati al nostro fornitissimo negozio di fuochi d’artificio di Genova, Via Camaldoli 21, per un Capodanno all’insegna del divertimento responsabile...

…ed invitiamo il Pubblico a seguirci nei grandi eventi pirotecnici della prossima stagione!

Un’ultima “curiosità”: le fotografie di questa presentazione sono tratte dagli ultimi spettacoli che Setti Fireworks ha realizzato al Porto di Genova: l’Undicesimo International Ship Broker Dinner e il Cinquantunesimo Salone Internazionale della Nautica, rispettivamente il 16 settembre e il primo ottobre 2011.

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