I fluidi - 10 Esperimenti Per Capire la Fisica · Densità e galleggiamento •I liquidi tendono a...
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I fluidi Isabella Soletta - Marzo 2011 Con inserti da Zanichelli
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I fluidi
Isabella Soletta - Marzo 2011
Con inserti da Zanichelli
Questo simbolo significa che l’esperimento si
può realizzare con materiali o strumenti
presenti nel nostro laboratorio
Questo simbolo significa che l’esperimento si
può realizzare anche a casa con materiali di
facile reperibilità
isabella soletta - liceo scientifico fermi
Questo simbolo significa che è disponibile
una scheda preparata per presentare
l’esperimento
Solidi, liquidi e gas
Un solido è un corpo rigido e
come tale conserva forma e
volume propri.
Un liquido è un fluido
che assume la forma del
recipiente che lo contiene
e ha un volume proprio
Un gas (o aeriforme) è un fluido, occupa
tutto il volume del recipiente che lo
contiene. Può essere compresso in un
volume più piccolo.
marzo 2011
Cosa è la pressione?
• La pressione è la forza che si esercita rapportata alla superficie sulla quale si esercita
• Un gas può essere compresso
Cosa si mostra
• in una siringa vuota
premendo il pistone è possibile
comprimere l’aria contenuta
• con una siringa piena d’acqua
si può vedere che un fluido ha
un volume proprio; perciò
comprimere un fluido non è
possibileLA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Se colleghiamo la siringa ad un misuratore di pressione possiamo
osservare che premendo il pistone la pressione aumenta
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
La pressione
La pressione è una grandezza scalare
definita come il rapporto tra il modulo
della forza (perpendicolare
alla superficie) e l’area
di questa superficie.
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Il Pascal
Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della pressione
è il pascal (Pa).
marzo 2011
Misuratori di pressioneGli strumenti per misurare la pressione si chiamano manometri o più in generale misuratori di pressione
Serve per misurare la pressione arteriosa sistemica (conosciuta anche
come pressione arteriosa o come pressione sanguigna) è la pressione
del sangue arterioso sistemico misurata a livello del cuore.
La pressione del sangue, intesa come l'intensità della forza che il sangue
esercita su una parete del vaso di area unitaria, varia lungo tutto l'apparato
vascolare: infatti la pressione arteriosa diminuisce progressivamente dal
ventricolo sinistro del cuore fino alle arteriole. (da Wikipedia)
In medicina si usa lo sfigmomanometro
che normalmente non è tarato in pascal
ma in mmHg (millimetri di mercurio)
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Misuratori di pressione
Dal gommista la pressione viene misurata in bar o in atmosfere
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Le previsioni del tempo
I metereologi usano di solito come unità di misura il millibar
(1 millibar = 100 Pa)marzo 2011
Misuratori di pressione
• In laboratorio usiamo un misuratore di pressione digitale con cui possiamo scegliere le unità di misura che preferiamo
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Pa
Kpa
mmHg
Torr
Bar
mbar
La legge di Boyle
• Aumentando la pressione il volume occupato da un gas diminuisce
• Aumentando il volume la pressione esercitata dal gas diminuisce
• Pressione e volume sono inversamente proporzionali
• Il loro prodotto è costante
con una siringa piena d’aria collegata ad un misuratore di pressione si raccolgono i dati e si mostra che la curva sperimentale è un’iperbole
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
La legge di Pascal
La pressione esercitata su una superficie qualsiasi di un liquido
si trasmette, con lo stesso valore, su ogni altra superficie
a contatto con il liquido.
marzo 2011
La pressione nei liquidi
Cosa si mostra:
si vede con una siringa di vetro piena d’acqua nella quale è stato messo un palloncino che si gonfia o si sgonfia a seconda della pressione esercitata
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Il torchio idraulico
Legge di Pascal
marzo 2011
Costruzione di un torchio idraulico
È molto facile, basta avere
• due o tre siringhe
• un tubicino
• dell’acqua
Si collegano le due siringhe
con il tubicino, si riempiono
d’acqua, facendo attenzione
che non restino delle bolle
d’aria
Cosa si mostra
• è molto più facile spingere il pistone della siringa piccola
• il pistone della siringa grande è molto ‘più duro’
• con una piccola pressione sulla siringa piccola si riesce a sollevare un
peso abbastanza grande poggiato sul pistone dell’altra siringa
• si può provare anche con due siringhe uguali e osservare la differenza
Come si spiega: è un’applicazione del principio di Pascal
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Visto alla SCIENZA IN PIAZZA 2010 ITI ANGIOY
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I freni a disco
marzo 2011
La legge di Stevino
La pressione dovuta al peso di un liquido è direttamente
proporzionale sia alla densità del liquido sia alla profondità
del liquido.
marzo 2011
La pressione della forza peso nei liquidi
Legge di Stevino (1)
La pressione dovuta al peso di un fluido è direttamente proporzionale sia alla profondità che alla densità del liquido
Attività: Riempiendo d’acqua tre bottiglie di plastica e facendo dei fori ad altezze diverse si vede come il getto d’acqua vada più lontano a seconda dell’altezza del liquido sovrastante
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LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Subacquei
marzo 2011
La pressione della forza peso nei liquidi
Legge di Stevino (2)
La pressione dovuta al peso di un fluido è direttamente proporzionale sia alla densità del fluido che alla densità del liquido
Attività: Riempiendo tre bottiglie una d’acqua e l’altra si una soluzione sovrasatura di acqua e sale la terza d’olio e facendo dei fori alla stessa altezza si vede come il getto d’acqua va più lontano a seconda della densità liquido
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
I vasi comunicanti
Un liquido versato in un sistema di vasi comunicanti raggiunge in tutti i recipienti lo stesso livello
si può far vedere anche con un tubo trasparente piegato ad U
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
LA SCIENZA IN PIAZZA – SASSARI 2010
Con un misuratore di pressione
si può seguire ‘in diretta’ lo
svuotamento di un tubo.
Si ottiene un grafico pressione
tempo modellizzabile con
l’equazione
Vasi comunicanti
BeAy kx
La legge di Archimede
Un corpo immerso in un liquido subisce una forza diretta
verso l’alto di intensità uguale al peso del liquido spostato.
marzo 2011
La legge di Archimede
Un corpo immerso in un liquido riceve una spinta verso l’alto di intensità uguale al peso del liquido spostato
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Perché le navi galleggiano?
marzo 2011
Visto alla LA SCIENZA IN PIAZZA
SASSARI 2010 - Istituto Nautico Porto Torres
La mongolfiera
La legge di Archimede
vale anche per i gas.
marzo 2011
Visto alla LA SCIENZA IN PIAZZA
SASSARI 2010 – Liceo Canopo leno Sassari
Il galleggiamento
• Un corpo affonda o galleggia in un liquido quando la sua densità è rispettivamente maggiore o minore rispetto al liquido in cui è immerso
• Attività: due palline fatte con la stessa quantità di alluminio ma con densità diversa: una galleggia ed una affonda
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Un corpo affonda quando
la sua densità è maggiore
di quella del liquido.
Un corpo galleggia quando
la sua densità è uguale
a quella del liquido.
Un corpo emerge quando
la sua densità è minore
di quella del liquido.
marzo 2011
Sommergibili
densità maggiore
dell’acqua
densità minore
dell’acqua
marzo 2011
Visto alla LA SCIENZA IN PIAZZA
SASSARI 2010 – Liceo Canopo leno Sassari
Densità e galleggiamento
• I liquidi tendono a stratificarsi a seconda della loro densità
• Rovesciando un bicchiere d’acqua su un bicchiere d’olio i due liquidi si scambiano
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
LA SCIENZA IN PIAZZA – SASSARI 2010marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Densità, temperatura e galleggiamento
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
LA SCIENZA IN PIAZZA – SASSARI 2010
Cosa si mostra:
• Se il bicchiere di sotto
contiene acqua fredda i
liquidi non si mischiano
• Se il bicchiere di sotto
contiene calda i liquidi si
mischiano
Come si spiega:
L’acqua calda ha una
densità minore
dell’acqua fredda e
perciò tende a restare o
a portarsi in superficie
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Leggi di Pascal, Stevino, Archimede in un sol colpo
L’imbuto in acqua
Cosa si osserva
con un imbuto fissato sul tappo di un contenitore
si vedono le bolle d’aria che si portano in
superficie
le bolle diventano più grandi
le bolle mantengono la stessa forma
Come si spiega
le bolle d’aria che si portano in superficie –
principio di Archimede
le bolle diventano più grandi – legge di Stevino
le bolle mantengono la stessa forma – legge di
Pascal
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
LA SCIENZA IN PIAZZA – SASSARI 2010
Visto al Museo della Scienza di Barcellona 2010
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
La pressione atmosferica
• Anche se non ci pensiamo quasi mai anche noi, come dei pesci nell’acqua, siamo immersi in un fluido, l’aria
• L’aria esercita una pressione su di noi anche se normalmente non riusiamo ad avvertirla
• La pressione atmosferica agisce su di noi per tutta la nostra vita. Non la avvertiamo perché è compensata da una pressione uguale che l’atmosfera esercita dall’interno del nostro organismo verso l’esterno.
marzo 2011
L’aria riempie tutti gli spazi
si mette un imbuto in una bottiglia e si sigilla con nastro adesivo. Si riempie d’acqua l’imbuto; si osserva che l’acqua non entra nella bottiglia se non si permette all’aria di uscire
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
LA SCIENZA IN PIAZZA – SASSARI 2010
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Gli emisferi di Magdeburgo
marzo 2011
Usando una pompa da
vuoto non è difficile
ripetere l’esperimento
degli emisferi di
Magdeburgo
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
LA SCIENZA IN PIAZZA – SASSARI 2010marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
La pressione atmosferica
La pressione dell’aria agisce in tutte le direzioni
con la macchina da vuoto è facile vedere anche
• crepa vesciche
• Il guanto che si gonfia
Senza con la macchina da vuoto è facile vedere anche
• la bottiglia bucata che non si svuota
• Il bicchiere che si rovescia e non si svuota
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
La spinta di Archimede nell’aria
• Anche l’aria è un fluido ed esercita una spinta di Archimede su tutti gli oggetti
• Si può vedere con la pompa da vuoto e la bilancia idrostatica
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
L’aria pesa?
• Uno spruzzatore viene riempito d’aria; si può pesare prima e dopo
• Facendo entrare l’aria in un palloncino si può vedere…….
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
LA SCIENZA IN PIAZZA – SASSARI 2010marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
La pressione atmosferica e il meteo
• Come è fatto un barometro
• Misure di pressione atmosferica e relazione col tempo meteorologico
• Attività: si osserva la misura della pressione atmosferica con un barometro digitale
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Le previsioni del tempo
marzo 2011
Il termometrodi Galileo
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
LA SCIENZA IN PIAZZA – SASSARI 2009
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
La capillarità
LA SCIENZA IN PRIMA PERSONA – LICEO FERMI 2010
LA SCIENZA IN PIAZZA – SASSARI 2010marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
Attività di laboratorio
• 21 piccole attività
• Per molte di esse sono già pronte delle schede esperimento per mostra
marzo 2011 Isabella Soletta Liceo Fermi Alghero
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