I.C. S.Onofrio Progetto SeT Il clima - Libero Community...

DeltaE srl - ICS Sant’Onofrio a.s. 2001/2001 SeT – Il Clima

Schede operative Materiale povero 1/27

I.C. S.Onofrio a.s. 2000/2001

Progetto SeT

Il clima

Esperimenti con materiale povero Aria Titolo Materiale Classe 1. L’aria occupa un

volume Barattolo vetro trasparente, Palla ping-pong, Recipiente trasparente, Carta assorbente, acqua

2. La siringa piena d’aria

Una grande siringa di plastica senza ago

3. L’aria pesa Due palloncini identici, un bastoncino lungo almeno 30 centimetri , filo, spago

4. L’aria calda sale Cartoncino, sorgente di calore (candela, termosifone, stufa, …), Asta, filo

5. L’ossigeno brucia e se ne va

Piatto fondo, candela, barattolo di vetro, plastilina, fiammifero

Vento 6. La forza del vento Cartoncino, forbici, puntina da disegno, bastoncino 7. Il vento e gli alberi Macchina fotografica usa e getta, Cartellone, Colla,

Pennelli

8. Il motore del vento Una candela, fiammiferi, un termometro Acqua 9. L’acqua scompare Due bicchieri, un piattino 10. L’acqua se ne va e

poi ritorna Un pentolino, un fornello, coperchio, acqua

11. Acqua da nulla Bicchiere, congelatore 12. L’acqua solida Un barattolo con tappo, acqua, congelatore 13. Sorgenti di pioggia Tre barattoli (uno bianco, uno metallico ed uno

nero), acqua, sorgente di calore (termosifone o sole)

14. Quanta acqua viene giù!

Un contenitore cilindrico, un righello, un misurino

Temperatura 15. Aria calda ed aria

fredda Palloncino, bottiglia di vetro trasparente

16. Conduttori ed isolanti

Un asse di legno, una sciarpa di lana, un pezzo di marmo, un pezzo di ferro, un termometro

Umidità 17. Capelli sensibili Un asse di legno, foglio di plastica, chiodi,

martello, nastro adesivo, una monetina, colla



Pressione 18. L’aria preme Un vaso, una bottiglia, nastro adesivo, righello,

pennarello

19. Misuriamo la pressione al cielo

Barattolo di vetro trasparente, palloncino, nastro adesivo, astina (cannuccia, stuzzicadenti lungo)

20. L’aria sostiene l’acqua

Bicchiere, cartolina, lavandino

Nuvole 21. La forma delle

nuvole Macchina fotografica usa e getta, Cartellone, Colla, Pennarelli

Bibliografia e testi consigliati: Autore Titolo Editore Argomento Alfieri et al. I modi di fare scienza Bollati Boringhieri Didattica Alfieri et al. Il senso di fare scienza Bollati Boringhieri Didattica AA VV Solletico - Il libro degli esperimenti Giunti – RAI ERI I-II-III elem AAVV Il grande libro degli esperimenti De Agostini Ragazzi IV-V elem I-II media AA VV Il libro degli esperimenti Vallardi I.G. I-II-III media J. Oldani Meteorologia De Vecchi Editore Approfondimento

Insegnanti AA VV Il tempo Tuoring Editore Approfondimento

Studenti Borghi Nasi Le cose, il tempo e la natura Nicola Milano Editore Insegnati

Schede Unità didatt.



1. L’ARIA OCCUPA UN VOLUME Materiale occorrente:

• Barattolo vetro trasparente • Palla ping-pong • Recipiente trasparente • Carta assorbente • Acqua

L’esperimento passo a passo:

• Sistemare il foglio di carta assorbente sul fondo del barattolo • Adagiare la palla di ping pong sulla superficie dell'acqua • Porre il barattolo di vetro capovolto sulla superficie dell'acqua circondando la palla

con l’imboccatura del barattolo • Spingere il barattolo finché la palla non tocca il fondo • Osservare come la palla si sia adagiata sul fondo che appare asciutto • La carta assorbente posta nella barattolo rimane anch'essa asciutta • Inclinare il barattolo in modo da permettere all'aria contenuta all'interno di uscire • Contemporaneamente l'acqua salirà di livello nella barattolo sollevando la palla • Ripetendo l'azione precedente si può portare la palla fino a toccare la carta

assorbente posta sul fondo del barattolo • A questo punto la carta assorbente si impregnerà d'acqua

Le osservazioni da fare:

• L'acqua per raggiungere la carta assorbente deve prendere il posto dell'aria. Finché il barattolo è pieno d'aria, l'acqua non può penetrare all'interno e non può raggiungere la carta. E' quindi l'aria contenuta all'interno del barattolo che spinge via l'acqua e permette alla palla di adaggiarsi sul fondo del barattolo.

Le spiegazioni: • L'aria occupa uno spazio e finché il barattolo e pieno d'aria in esso non può esserci acqua. Le

bolle d'aria che fuoriescono quando incliniamo il barattolo testimoniano che è necessario rimuoverla per lasciare spazio disponibile per l'acqua.

• Il principio appena dimostrato è utilizzato nei sottomarini e nelle navicelle spaziali per mettere in comunicazione l'interno con l'esterno. Nei sottomarini, ad esempio, un sommozzatore per fuoriuscire, si introduce in una camera stagna attraverso una porta che lo mette in comunicazione con l'interno. Chiusa ermeticamente la porta, la camera stagna e riempita d'acqua attraverso la porta esterna.



2. LA SIRINGA PIENA D’ARIA (ovvero l’aria elastica) Materiale occorrente:

• Una grande siringa di plastica (almeno 20 cc) senza ago L’esperimento passo a passo:

• Riempire la siringa d’aria spostando lo stantuffo in posizione di estensione media • Chiedere agli alunni cosa c’è dentro la siringa (niente?) • Tappare il foro di sfiato della siringa poggiandoci sopra un polpastrello • Invitare i bambini a premere o tirare sullo stantuffo • Ripetere l’operazione precedente togliendo lasciando libero lo sfiato • Far ripetere agli alunni le operazioni eseguite


• Lo stantuffo si muove sotto l’azione della spinta o del tiraggio • La forza per spostare di molto lo stantuffo è grande • Lo stantuffo, dopo averlo rilasciato, torna sempre nella posizione iniziale • Se si toglie il polpastrello dall’estremità della siringa, lo stantuffo può essere mosso senza

sforzo e resta sempre nella posizione dove lo si lascia Le spiegazioni:

• Nella siringa c’è aria. Per provarne l’esistenza dobbiamo far notare che ogni tentativo di agire come se non esistesse necessita di uno sforzo e non può essere portato a termine. Per esempio, se impediamo che l’aria fuoriesca non possiamo portare fino in fondo lo stantuffo perché l’aria non ha modo d’uscire. L’aria ha quindi un suo volume che è quello che occupa quando non è impressa nessuna forza.

• Si può comprimere o rarefare l’aria agendo sullo stantuffo. La forza che bisogna imprimere allo stantuffo è tanto maggiore quanto è grande lo spostamento che si intende realizzare.

• Si può quindi paragonare l’aria ad una molla o ad un elastico. Se lo si ritiene si può far confrontare quello che avviene con la forza esercitata su un elastico di gomma: anche in questo caso, maggiore sarà la forza con cui si tira, maggiore sarà l’estensione dell’elastico.



3. L’ARIA PESA Materiale occorrente:

• Due palloncini identici • Un bastoncino lungo almeno 30 centimetri • Filo • Spago


• Controllare che i palloncini siano abbastanza morbidi altrimenti stenderli con le mani • Gonfiare i palloncini di modo che abbiano la stessa dimensione • Fissare con il filo i palloncini alle estremità dei bastoncini • Annodare lo spago al centro del bastoncino • Appendere tutto fissando lo spago ad un mobile alto (lavagna, armadio, ...) • Mettere in equilibrio i palloncini spostando il nodo • Forare un palloncino in prossimità della bocca cercando la parte morbida (in modo da non

farlo scoppiare) • Attendere finché il palloncino si sgonfia

Le osservazioni da fare: • Quando i palloncini sono messi in equilibrio si è formata una bilancia. Il peso del palloncino

sinistro è uguale al peso del palloncino destro. Forando il palloncino si permette all'aria contenuta al suo interno di uscire ed il palloncino si sgonfia. Contemporaneamente si perde l'equilibrio ed il palloncino gonfio spostandosi verso il basso solleva quello sgonfio. Si ottiene così la prova che l'aria contenuta nel palloncino aveva un peso necessario all'equilibrio della bilancia.

Le spiegazioni:

• Normalmente riteniamo che l'aria non abbia un peso. Se riusciamo ad intrappolate dell'aria in un palloncino possiamo, con questa semplice bilancia, mostrare che essa ha un peso anche se essa è molto leggera. Infatti ogni litro di aria pesa un grammo ed occorrono 1000 litri (un metro cubo) per ottenere un chilogrammo. Il peso dell'aria che è posta sopra di noi, dalla nostra testa fino alla fine della atmosfera, da origine alla pressione atmosferica.



4. L’ARIA CALDA SALE Materiale occorrente:

• Cartoncino • Sorgente di calore (candela, termosifone, stufa, …) • Asta • Filo • Forbici • Matita • (Compasso)


• Disegnare una spirale • Tagliare il cartoncino seguendo la spirale • Praticare un foro al centro della spirale • Inserire un’estremità del filo nel foro e annodare in modo che non scivoli via • Fissare l’altra estremità del filo all’asta in modo da sospendere la spirale sopra la sorgente di

calore Le osservazioni da fare:

• Non appena la sorgente di calore è accesa, la spirale inizierà a ruotare • La velocità di rotazione aumenterà con l’intensità della sorgente (o avvicinando la sorgente

stessa) • Se l’ambiente è abbastanza fresco (inverno in una stanza poco riscaldata) la spirale può

essere messa in modo semplicemente ponendo sotto di essa le mani con il palmo rivolto verso l’alto

• Quando una sorgente di calore è posta sotto di essa, la spirale si muove come se qualcuno soffiasse dal basso (provare per credere) ed in verso opposto a quello che si ottiene soffiando dall’alto

Le spiegazioni: • Il calore ha due effetti sull’aria: la scalda e la mette in movimento • Il movimento dell’aria calda è dal basso verso l’alto, quindi l’aria calda è più leggera di

quella fredda e tende a salire creando un piccolo venticello che mette in moto la spirale

Foro



5. L’OSSIGENO BRUCIA E SE NE VA Materiale occorrente:

• Piatto fondo • Candela • Barattolo di vetro (più alto della candela) • Plastilina • Fiammiferi


• Fissare la candela al centro del piatto utilizzando la plastilina • Versare nel piatto dell’acqua fino quasi a raggiungere il bordo • Appoggiare il barattolo sul piatto in modo da coprire la candela (spenta) • Far notare che l’acqua ha circa la stessa altezza dentro e fuori il barattolo • Accendere la candela • Appoggiare il barattolo sul piatto in modo da coprire la candela • Lasciare il barattolo sul piatto anche dopo che la candela si è spenta

Le osservazioni da fare: • Se la candela è spenta non succede nulla di anormale • Appena intrappoliamo la candela nel barattolo (l’aria esterna al barattolo non può

raggiungere la candela!) il livello dell’acqua nel barattolo incomincia a salire finché la candela si spegne e l’acqua si ferma

• Anche dopo qualche minuto l’acqua sarà ancora più alta dentro il barattolo che nel piatto Le spiegazioni:

• L’aria è composta da diversi gas elementari. I più abbondanti sono l’azoto (78%), l’ossigeno (21%), il vapore acqueo, l’anidride carbonica ed altri gas (1%). La fiamma della candela è generata dalla combustione della cera della candela (che, infatti, si consuma man mano che lasciamo accesa la candela) e dall’ossigeno. La fiamma, bruciando, consumerà un po’ di cera e l’ossigeno contenuto nel barattolo. Lo spazio lasciato vuoto dall’ossigeno sarà riempito dall’acqua che verrà risucchiata in alto.



6. LA FORZA DEL VENTO Materiale occorrente:

• Cartoncino quadrato (20 x 20 cm) • Forbici • Puntine da disegno • Bastoncino o astina di legno lunga almeno 30 cm • Matita • Righello


• Disegnare le diagonali del quadrato • Colorare su entrambi i lati ogni porzione triangolare con i seguenti colori: bianco, rosso

vivo, verde brillante, blu chiaro. • Tagliare il cartoncino lungo le diagonali da ognuno dei quattro vertici fino a 5 cm dal centro • Curvare la parte del cartoncino a destra di ogni taglio fino a far coincidere il vertice con il

centro • Fissare i quattro vertici al centro con una puntina da disegno sul lato del bastoncino • Invitare i bambini a: soffiare sulla girandola, muovere le braccia per farla girare, trovare la

posizione migliore all'interno o all'esterno della classe per farla girare. Le osservazioni da fare:

• La girandola è messa in moto dall'aria in movimento. In una giornata di vento, si può sperimentare come la rotazione della girandola sia legata all’intensità del vento e all'orientazione della girandola nei confronti della direzione del vento. In particolare potremo osservare che i colori della girandola si mescolano per effetto della rotazione: se la girandola ruota lentamente percepiremo i colori separatamente; se ruota velocemente otterremo un colore unico tendente al grigio.

Le spiegazioni:

• Abbiamo così costruito un semplice anemometro che ci permette di stabilire visivamente qual'è l'intensità del vento e in che direzione esso spira. La prima informazione la otteniamo grazie ai colori mentre la seconda ci verrà fornita dall'orientazione che permette la maggiore rotazione.

• L'aria occupa uno spazio ed ha un peso ed è quindi possibile considerarla come un oggetto. E' proprio il moto di questo oggetto che crea il vento. La girandola si oppone al moto della aria ed è quindi spinto dalla stessa così come lo sarebbe un bambino che tenta di fermarne un altro che gli corre incontro.



7. IL VENTO E GLI ALBERI Materiale occorrente:

• Macchina fotografica usa e getta • Cartellone • Colla • Pennelli

L'esperimento passo a passo:

• Formare dei gruppi di bambini • Individuare con l'utilizzo di una mappa una serie di zone nel territorio comunale ed

assegnare ogni zona ad un gruppo • Fornire ai bambini la macchina fotografica e chiedere loro di fotografare gli alberi della

zona assegnata indicando l'obiettivo di ritrarre gli alberi, soprattutto quelli isolati, facendo attenzione alla loro forma

• Scattare una prima foto ritraendo il gruppo incaricato del lavoro (ciò permetterà di individuare i rullini)

• La durata dell'osservazione deve essere di alcune settimane di modo da fornire la possibilità di riscontrare la più ampia varietà di alberi

• Far sviluppare i rullini e fornire le foto ai bambini in modo che possano svolgere un primo lavoro di osservazione e confronto

• Riportare sul cartellone la mappa del territorio comunale sulla quale sono indicate le zone precedentemente individuate

• Attraverso un lavoro di disamina in classe, con relativa discussione, scegliere le foto più indicative e attaccarle in corrispondenza della zona di appartenenza dell'albero fotografato

Le osservazioni da fare

• L'aria ha massa (pesa) e occupa uno spazio. Dal moto dell'aria nasce il vento che agisce come una forza su tutto ciò che ne impedisce il fluire. Se in una zona il vento ha prevalentemente una direzione durante l'anno, la forza continua del vento piega i rami degli alberi. Gli alberi sono quindi un registratore vivente della forza del vento. Alberi simmetrici indicano una zona poco ventilata mentre gli alberi che hanno forma molto asimmetrica testimoniano la continua forza esercitata dal vento. Sulla mappa della territorio comunale si potrà così segnare la direzione prevalente deve enti durante l'anno.

Le spiegazioni:

• Alcuni territori sono interessati da venti con direzione costante. Per esempio, i territori vicino al mare sono sottoposti alle brezze diurne e notturne che spirano dal mare verso l'entroterra e viceversa. Anche nelle valli il moto dell'aria e incanalato e si può riscontrare una direzione privilegiata per il fluire dei venti soprattutto in prossimità delle gole o di restringimento della valle.



8. IL MOTORE DEL VENTO Materiale occorrente:

• Una candela • Fiammiferi • Un termometro


• Misurare la temperatura dell’aria dell’aula (lasciare il termometro fermo per almeno 10 minuti).

• Misurare la temperatura dell’aria fuori dalla finestra (Attenzione: scegliere una finestra non esposta al sole, i raggi solari potrebbero riscaldare il termometro falsando la misura).

• Accendere la candela e chiudere tutte le porte e le finestre. • Aprire per un centimetro la finestra dove si è effettuata la misura, attendere un minuto ed

avvicinare la candela all’apertura ponendola prima in basso e successivamente in alto.

Le osservazioni da fare: • Osservare la direzione della fiamma nelle due posizioni. • Annotare la differenza di temperatura fra l’interno e l’esterno. Annotare, inoltre, quali sono

le direzioni in cui si piega la fiamma quando la candela è posta nella parte alta e bassa dell’apertura.

Le spiegazioni:

• La fiamma della candela può essere piegata da una debole corrente d’aria (possiamo fare la prova soffiandoci sopra!).

• L’aria calda tende a salire e se nella stanza l’aria è più calda, essa tenderà ad uscire dalla parte superiore dell’apertura. Contemporaneamente, dall’esterno dell’aria fredda entrerà nella stanza dalla parte bassa dell’apertura. La candela, in questo caso, ci indicherà le direzioni del moto dell’aria piegandosi verso l’esterno quando è posta in alto e verso l’interno quando è posta in basso. Se l’aria della stanza è più fredda di quella esterna, il tutto si ribalta.

• I venti nascono per motivi simili, infatti, essi sono i moti dell’aria provocati dalle differenze di temperature fra zone della superficie terrestre.



9. L'ACQUA SCOMPARE (Perché il calore asciuga un oggetto bagnato?) Materiale occorrente:

• Due bicchieri uguali • Un piattino • Un pennarello • Acqua

L’esperimento passo a passo: • Riempire i due bicchieri d'acqua fino allo stesso livello e segnarlo con il pennarello • Coprire uno dei due bicchieri con il piattino • Mettere i due bicchieri sul termosifone oppure al sole

Le osservazioni da fare: • Il giorno dopo il livello dell'acqua nel bicchiere scoperto è più basso; quello nel bicchiere

coperto è pressoché identico • Dov’è finita l’acqua che manca? • Lasciando i bicchieri nella stessa situazione per un tempo più lungo (una settimana)

assisteremo alla completa scomparsa dell’acqua nel bicchiere scoperto Le spiegazioni:

• L'acqua contenuta nel bicchiere scoperto, per effetto del calore, è evaporata, cioè si è trasforn1ata in minuscole, invisibili goccioline di vapore acqueo che si sono mescolate con l'aria e sono "volate via". Ecco perché i panni stesi al sole si asciugano. Oltre al calore, anche l'aria in movimento (il vento o il nostro soffio) facilita l'evaporazione: perché sposta il vapore acqueo che si stacca dall'oggetto bagnato e rende l'aria circostante disponibile ad accoglierne altro.

• Le trasformazioni dell'acqua. L'acqua è un liquido, ma il freddo la trasforma in solido (ghiaccio, neve, brina...) e il calore in gas che scompare nell'aria (vapore acqueo). Studiando il ciclo dell'acqua e ci possiamo come si formano le nubi, la pioggia o la nebbia, scoprire che l'acqua è anche nell'aria, capire perché si pattina sul ghiaccio e perché in inverno i finestrini si appannano.

• Punto d’ebollizione. Quando l'acqua raggiunge i 100°C comincia a bollire: nel liquido si formano bolle di vapore che sfuggono nell'aria attraverso la superficie. La temperatura d’ebollizione varia col variare della pressione. In alta montagna, ad esempio, la massa d'aria che sovrasta la superficie terrestre è minore, quindi la pressione atmosferica è più bassa: 1'acqua perciò raggiunge l'ebollizione ad una temperatura inferiore ai 100°C.



10. L’ACQUA SE NE VA E POI RITONA Materiale occorrente:

• Un pentolino • Un coperchio d'acciaio • Un fornello • Acqua


• Riempire d'acqua il pentolino e metterlo sul fuoco • Quando l'acqua bolle mettere il coperchio nella nuvola di vapore che si alza dall'acqua


• Sul coperchio si formano delle gocce d'acqua • Guardando in controluce il vapore si noteranno degli sbuffi simili a piccole nuvole • Il vapore sale verso l’alto

Le spiegazioni:

• Il vapore acqueo che si sprigiona dall'acqua in ebollizione, a contatto con il freddo del coperchio perde calore e ritorna immediatamente allo stato liquido: questo fenomeno è chiamato condensazione.

• L’acqua compie, quindi, un percorso di andata e ritorno fra lo stato liquido e quello gassoso. • La pioggia. Col calore del sole l'acqua evapora da laghi, fiumi, mari, dalle piante e dalla

nostra pelle. L'enorme quantità di particelle di vapore acqueo che sale nell'atmosfera così come il nuvoletta che fuoriesce dal nostro pentolino. Il vapore raffreddandosi, si condensa in minuscole gocce d'acqua, che si raggruppano formando le nuvole nel cielo. Se una nuvola incontra dell'aria calda si disperde evaporando, se incontra aria fredda, invece, le gocce che la formano si uniscono tra loro e diventano troppo pesanti perché siano sostenute dall'aria: ecco che allora precipitano al suolo sotto forma di pioggia.



11. ACQUA DAL NULLA (L'umidità dell'aria) Materiale occorrente:

• Un bicchiere e un congelatore L’esperimento passo a passo:

• Mettere il bicchiere perfettamente asciutto, nel congelatore • Dopo 30 minuti tirarlo fuori e riponilo sul tavolo


• Immediatamente il bicchiere si appanna; poco dopo sulle sue pareti si formano minute goccioline: se le tocchi il tuo dito s’inumidisce

Le spiegazioni:

• Nel congelatore le pareti del bicchiere si sono raffreddate. Quando rimuoviamo il bicchiere dal congelatore e lo portiamo sul tavolo, l'aria viene a contatto con il bicchiere e si raffredda. Il vapore acqueo che essa contiene si trasforma in minuscole gocce d'acqua che inumidiscono il vetro. Col passare del tempo, le gocce diventano sempre più grandi e, se si attende abbastanza, si vedranno scivolare lungo le pareti del bicchiere.

• Nelle giornate ‘umide’, quando d’estate c’è afa o d’inverno piove, la quantità di vapore acqueo nell’aria è molto grande. In queste giornate, il bicchiere freddo sarà coperto di acqua molto più velocemente e le grandi gocce si formeranno subito.

• D'inverno i finestrini delle automobili si appannano perché il nostro fiato, ricco di vapore acqueo, si condensa in gocce d'acqua non appena entra in contatto con i1 vetro freddo. Per lo stesso motivo, d’estate le bottiglie e le lattine portate fuori dal frigorifero si bagnano immediatamente.

• Il vapore acqueo, a contatto con aria fredda, si condensa e ritorna acqua, dando origine alla pioggia.



12. ACQUA SOLIDA Materiale occorrente:

• Un barattolo di vetro o di plastica con il tappo • Acqua • Un congelatore


• Riempire d'acqua fino all'urlo il barattolo • Appoggiare il tappo sull'apertura senza avvitarlo • Mettere il tutto nel congelatore e aspettare finché l'acqua nel barattolo sarà congelata


• L'acqua si solidifica e supera l'orlo del barattolo, sollevando il tappo Le spiegazioni:

• Quando l'acqua diventa ghiaccio occupa più spazio che allo stato liquido, quindi il barattolo non riesce più a contenerla. Se dimentichiamo una bottiglia d'acqua chiusa col tappo nel congelatore rischiamo di trovarla in pezzi a causa dell’azione del ghiaccio. I tubi che nelle case trasportano l'acqua potabile o que1la per il riscaldamento in inverno devono essere protetti ed isolati dal freddo affinché non scoppino in caso di gelate.

• Struttura molecolare. Quasi tutte le sostanze quando sono riscaldate si dilatano e quando sono raffreddate si contraggono. L'acqua invece si contrae fino ai 4°C ma se è ulteriormente raffreddata ricomincia ad espandersi. Questo dipende dal fatto che le molecole del ghiaccio aumentano le reciproche distanze disponendosi in strutture geometriche esagonali.



13. SORGENTI DI PIOGGIA Materiale occorrente:

• Tre barattoli di latta identici • Una siringa senza ago • Vernice nera • Vernice bianca • Acqua

L'esperimento passo a passo:

• Pulire bene la superficie esterna dei barattoli • Verniciare un barattolo di nero ed un altro di bianco • Porre i tre barattoli di su un davanzale della finestra posto al sole • Versare la stessa quantità d'acqua in ogni barattolo utilizzando la siringa • Segnare il livello raggiunto dall’acqua • Attendere qualche ora e controllare il livello dell'acqua


• I barattoli sono colpiti dalla luce del sole ed ogni barattolo acquisterà una temperatura diversa in dipendenza dal colore della sua superficie. In particolare, il barattolo nero sarà sempre più caldo degli altri due barattoli.

• Dopo alcune ore (tre almeno) si potrà osservare l’effetto provocato della diversa temperatura: l'acqua nel barattolo nero avrà un livello inferiore rispetto all'acqua nei barattoli bianco e lucido.

• L’esperimento può durare diversi giorni e si potrà annotare il tempo impiegato dall’acqua ad evaporare nei diversi barattoli.

Le spiegazioni:

• L’innalzamento della temperatura dei barattoli è indice dell’assorbimento di una certa forma di energia (calore). Siccome i barattoli non sono posti in presenza di una sorgente termica (una fiamma, per esempio) si potrà dimostrare che la fonte di energia è costituita dai raggi solari. La luce trasporta, quindi, energia dal Sole fino a noi! Questo trasferimento di energia avviene ad una distanza pari a 144 milioni di chilometri attraverso il vuoto.

• Il colore della superficie rende ogni barattolo diverso dall’altro. Infatti, il barattolo nero assorbe più energia solare e la sua temperatura aumenterà di più mentre i barattoli bianco e lucido assorbiranno meno energia ed avranno temperatura inferiore. Il colore influenza, quindi, le caratteristiche di assorbimento di energia solare dei barattoli che sono in tutto identici tranne che per lo strato esterno.

• Attraverso l’esperimento si può osservare come l'evaporazione dell'acqua sia innescata dall’assorbimento dell'energia solare. Si noterà, inoltre, che ad una temperatura maggiore corrisponde una maggiore evaporazione. A causa di questo meccanismo l'acqua del mare e l'acqua contenuta nei terreni evapora continuamente e si porta nell'aria intorno a noi contribuendo alla formazione dell'umidità atmosferica.

• L'aria umida, raffreddandosi, da luogo al formarsi delle nuvole.



14. QUANTA ACQUA VIENE GIÙ! Materiale occorrente:

• Un contenitore cilindrico di circa 18 cm di diametro senza bordi irregolari (una pentola) • Un righello • Un pennarello indelebile • Un misurino per i liquidi


• Versare nel contenitore 10 ml di acqua e segnare la posizione del livello raggiunto • Ripetere l’operazione in modo da costruire una scala graduata con divisione 10 ml • Valutare l’area dell’imboccatura del contenitore esprimendola in metri quadri (esempio: un

contenitore cilindrico con diametro 18 cm = 0,18 m ha un’area pari a A = 3,14 x (0,18/2)2 = 0,025 m2)

• Mettere il contenitore all’esterno, lontano dai muri ed in posizione riparata dal vento (oppure fare una buca nel terreno per calarci il contenitore e renderlo più stabile)

• Ogni mattina alla stessa ora, valutare la quantità d’acqua nel contenitore e successivamente rimuoverla dallo stesso

• Riportare il valore di volume in litri d’acqua piovana in una tabella a tre colonne • Dividere il valore ottenuto per l’area dell’imboccatura del contenitore e riportare il valore

della pioggia nella seconda colonna. Questo valore è quello della pioggia misurata in litri a metro quadro o, come usualmente riportano i meteorologi, in mm!

Le spiegazioni:

• Il pluviometro serve a misurare la quantità d’acqua piovana giornaliera. Non potendo misurare complessivamente la quantità totale d’acqua, si adotta una misura relativa: si misura cioè quanti litri d’acqua piovana sono caduti per ogni metro quadro di terreno.

• Disponendo di un piccolo contenitore, possiamo calcolare quanti litri per metro quadro di pioggia sono caduti dividendo il volume d’acqua raccolta per l’area dell’imboccatura del contenitore.



15. ARIA CALDA ED ARIA FREDDA Materiale occorrente:

• Palloncino • Bottiglia di vetro trasparente


• Assicurarsi che il palloncino sia abbastanza morbido e che l’aria lo possa gonfiare senza sforzo (in caso contrario gonfiare più volte il palloncino dopo averlo allungato con le mani)

• Immettere un po’ d’aria dentro il palloncino (non riempirlo) e, successivamente, chiudere l’imboccatura della bottiglia con il palloncino stesso

• Porre la bottiglia in svariati luoghi a temperatura diversa da quella in cui è stata chiusa (sul davanzale al sole, nel frigorifero, immersa in una bacinella di acqua fredda o di acqua calda, nel freezer, …) ed attendere qualche minuto

• Disegnare su un foglio a quadretti una tabella con tre colonne. Nella prima colonna riportare il luogo; nella seconda la temperatura con la seguente simbologia -- molto fredda, - fredda, = ambiente, + calda, ++ molto calda; nella terza la forma del palloncino con la seguente simbologia: -- molto sgonfio, - sgonfio, = inalterato, + gonfio, ++ molto gonfio.


• Il palloncino cambierà forma in dipendenza dalla temperatura del luogo in cui è posta la bottiglia come se qualcuno soffiasse dentro o rimuovesse l’aria: ma nella bottiglia non c’è nessuno!

• Esiste una relazione fra la temperatura del luogo in cui è posta la bottiglia e la forma del palloncino: il palloncino si gonfia di più nei luoghi più caldi e si sgonfia quando lo poniamo al freddo.

• Elaboriamo ora un grafico ponendo sull’asse delle ascisse (asse orizzontale) i simboli corrispondenti alle temperature e sull’asse delle ordinate (asse verticale) la forma del palloncino. Per ogni osservazione porremo un punto in corrispondenza della coppia di valori osservata.

Le spiegazioni:

• L’aria, che è dentro la bottiglia ed il palloncino, reagisce alle variazioni di temperatura in modo spettacolare: basta un piccolo aumento della temperatura per farla espandere e, viceversa, si contrae appena la temperatura diminuisce. Il volume della bottiglia non varia e quindi il palloncino si espanderà o si ritrarrà in corrispondenza alle dilatazioni dell’aria.

• Anche gli oggetti di uso comune subiscono la stessa sorte ma in maniera così esigua che non ce ne possiamo accorgere ad occhio nudo.

• In particolare si potrà notare che esiste una relazione strettissima fra la temperatura e lo stato di dilatazione del palloncino: più è elevata la temperatura che assume la bottiglia maggiore sarà il diametro del palloncino. Questa osservazione si riflette sul grafico elaborato a partire dalle osservazioni. Su di esso, infatti i punti saranno allineati lungo una retta ascendente: più

-- - = + ++

++

+

= -

--



è grande la temperatura, maggiore sarà la quantità d’aria che finisce nel palloncino. • Il fatto che esiste una relazione diretta fra temperatura e la dilatazione del palloncino ci

permette di dire che ABBIAMO COSTRUITO UN TERMOMETRO! Guardando la dilatazione del palloncino potremo stabilire qual è la temperatura, anche a distanza.



16. CONDUTTORI ED ISOLANTI Materiale occorrente:

• Un asse di legno • Una sciarpa di lana • Un pezzo di marmo • Un pezzo di ferro • Un termometro


• Mettere tutti gli oggetti per almeno un’ora in un luogo chiuso (armadio, scatola, …) avendo cura di formare un cumulo con gli stessi ponendoli uno sull’altro.

• Ogni alunno disegna in un foglio a quadretti una tabella di due colonne: nella prima scrivere il nome degli oggetti.

• Uno per volta, gli alunni si recano a verificare la temperatura (molto freddo, freddo, tiepido, caldo, molto caldo) degli oggetti servendosi del tatto e riportano l’osservazione nella seconda colonna della tabella accanto al nome dell’oggetto. La temperatura può essere descritta attraverso dei numeri attribuendo il valore 0 a molto freddo, 1 a freddo, 2 a tiepido, 3 a caldo, 4 a molto caldo.

• Controllare sul termometro la temperatura dell’ambiente in cui sono stati posti gli oggetti. Le osservazioni da fare:

• Calcolare, a partire dai valori riportati nelle tabelle degli alunni, la media della temperatura degli oggetti. Il risultato 2,5, per esempio, corrisponderà a ‘fra tiepido e caldo’ ovvero ‘un poco caldo’. In alternativa si può verificare quali sono le temperature avvertire con maggior frequenza chiedendo agli alunni di dire quello che hanno riportato nelle tabelle.

• Chiedere agli alunni che cosa scalda gli oggetti caldi e cosa raffredda gli oggetti freddi. • Far notare che nell’armadio (o nella scatola) non ci sono dei fornelli o dei frigoriferi.

Le spiegazioni:

• Tutti gli oggetti posti nell’armadio hanno la stessa temperatura. Infatti, essi potrebbero assumere temperature diverse se vi fossero delle sorgenti di calore o delle macchine frigorifere.

• Avendo posto gli oggetti uno sopra l’altro, un oggetto inizialmente caldo avrebbe ceduto calore ad uno freddo fino a che la temperatura dei due oggetti fosse stata la stessa. Quindi, a maggior ragione, gli oggetti devono essere tutti alla stessa temperatura ovvero a quella misurata dal termometro. Avendo a disposizione molti termometri si potrebbe misurare la temperatura di ogni oggetto lasciando il termometro in contatto con lo stesso durante l’esperimento. Tutti i termometri misurerebbero la stessa temperatura!

• La spiegazione di questo fenomeno risiede nel meccanismo della nostra percezione della temperatura attraverso il tatto. In generale, gli oggetti ci appaiono caldi e freddi a causa di due effetti: la loro TEMPERATURA e la loro CONDUCIBILITA’ TERMICA. Se un oggetto ha temperatura più calda di quella della nostra mano, un flusso di calore potrebbe passare dall’oggetto a noi. Questo avviene rapidamente se l’oggetto è un buon conduttore di calore. Se invece è un isolante, la differenza di temperatura non provoca la trasmissione del calore e noi non avvertiamo la sensazione di caldo. Lo stesso vale, invertendo le considerazioni, sulla sensazione di freddo. Il tatto è quindi sensibile ai flussi di calore e non alla temperatura.

• Ogni oggetto avrà la stessa temperatura (minore di quella delle nostre mani) e quindi la differenza di temperatura fra l’oggetto e le nostre mani rimane invariata. Con questo



esperimento, quindi, potremo verificare quali oggetti sono buoni conduttori di calore (marmo, ferro) e quali isolanti (legno, lana): i conduttori permetteranno al calore della mano di fluire verso gli oggetti (sensazione di freddo) mentre gli isolanti bloccheranno il calore della mano facendoci avvertire una sensazione di caldo.



17. CAPELLI SENSIBILI Materiale occorrente:

• Un asse di legno piano (lunghezza circa 20 cm; larghezza circa 10 cm) • Un foglio di plastica rigida (di lunghezza circa 8 cm e largo 8 cm) abbastanza sottile da

poterlo tagliare • 2 piccoli chiodi • 3 capelli umani lunghi (di lunghezza circa 20 cm) • Una monetina da 100 lire • Colla • Nastro adesivo • Martello • Forbici (abbastanza forti da tagliare la plastica)


• Ritagliare il pezzo di plastica in forma triangolare (vedi figura) costruendo così l’indicatore.

• Fissare la moneta da 100 lire sul triangolo di plastica, vicino alla punta.

• Forare con uno dei chiodi il triangolo di plastica, al centro vicino alla base (vedi figura).

• Muovere ripetutamente il triangolo fino a che l'indicatore non ruoti liberamente senza bloccarsi intorno al chiodo.

• Sull'indicatore di plastica, fra la moneta da cento lire ed il foro del chiodo, incollare le estremità dei capelli alla plastica.

• Fissare il chiodo sulla base del legno a circa un quarto dell’altezza (vedi figura). L'indicatore deve potere girare facilmente intorno al chiodo.

• Fissare l'altro chiodo al legno a circa 3 cm dal bordo superiore. • Tirare i capelli in modo che la punta dell'indicatore sia parallela

alla terra e che l'indicatore sia perpendicolare ai capelli. In questo modo, i capelli dovrebbero essere perfettamente verticali e l'indicatore perfettamente orizzontale.

• Incollare le estremità dei capelli al chiodo. Se i capelli sono troppo lunghi, tagliare le estremità.

Le spiegazioni:

• Le cellule dei capelli umani ci aiutano a misurare l’umidità presente nell’aria. I capelli, infatti, risentono del tasso di umidità nell'aria allungandosi e contraendosi. Quando l’aria è umida, i capelli si espandono e si allungano, facendo in modo che l'indicatore punti verso il basso. Viceversa, quando l'aria è asciutta, i capelli si contraggono e si accorciano, facendo in modo che l'indicatore punti in su.

• Per meglio effettuare le osservazioni quotidiane dell'igrometro, disegnare sul legno una scala graduata in corrispondenza della punta dell’indicatore.

• Raccogliendo i dati sull’umidità e confrontandoli con l’evoluzione del tempo atmosferico, si possono costruire dei modelli che aiutano a prevedere il tempo.

Plastica

Indicatore Nastro

Monetina



18. L’ARIA PREME (barometro 1) Materiale occorrente:

• Un vaso alto, non troppo largo • Una bottiglia lunga e stretta • Nastro adesivo • Un righello • Acqua colorata • Un pennarello


• Riempire la bottiglia per metà d'acqua • Versare nel vaso circa cinque centimetri d'acqua • Capovolgere la bottiglia tappandola con la mano e metterla a testa in giù nel recipiente pieno

di acqua • Fissare la bottiglia al vaso con il nastro adesivo in modo che rimanga leggermente sollevata

dal fondo del vaso • Attaccare all'esterno del vaso con altro nastro adesivo il righello e segnare sulla parte esterna

della bottiglia il livello raggiunto dall'acqua. • Controllare ogni giorno il livello che l'acqua raggiunge.


• Ogni giorno leggere l’altezza del livello dell’acqua nella bottiglia e riportarlo in una tabella a due colonne. Sulla seconda colonna riportare un simbolo ad indicare la condizione meteorologica della giornata (sereno, poco nuvoloso, nuvoloso, coperto, pioggia, tempesta, neve).

• Dopo aver riportato i dati per un mese, mettere a confronto il livello dell’acqua con il tempo del giorno corrispondente e con quello dei due giorni successivi. Osservare se esiste un collegamento fra la posizione alta dell’acqua ed il bel tempo e, viceversa, se il cattivo tempo è in relazione ad un basso livello dell’acqua.

Le spiegazioni:

• La pressione atmosferica non è costante nel tempo. Se la pressione è alta, l’aria è spinta verso le zone di bassa pressione lasciando spazio per aria con pochissima umidità proveniente dall’alta atmosfera. In seguito all’abbassamento dell’umidità nell’aria, le nubi diminuiscono fino a svanire ed il cielo ritorna ad essere sereno.

• Per lo stesso motivo, l’aria umida viene spinta verso le zone di bassa pressione. In queste zone il tempo peggiorerà.

• A causa della pressione atmosferica, l'acqua uscirà o entrerà nella bottiglia capovolta. Grazie alle variazioni del livello si potrà prevedere il tempo che farà. Infatti, se l'acqua nella bottiglia salirà vorrà dire che la pressione sta aumentando e quindi il tempo migliorerà. Se, invece, l'acqua nella bottiglia diminuirà vorrà dire che la pressione sta scendendo e quindi il tempo peggiorerà.

• Grazie alla pressione che l'aria esercita su di noi e su tutto quanto ci circonda è possibile prevedere che tempo farà. Costruire questo barometro per credere.



19. MISURIAMO LA PRESSIONE AL CIELO (barometro 2) Materiale occorrente:

• Barattolo di vetro trasparente • Palloncino • Elastico • Nastro adesivo • Astina (cannuccia, stuzzicadenti lungo)


• Tagliare in due palloncino in modo da ottenere una membrana elastica • Prendere la metà del palloncino non forata e fissarla sull'imboccatura del barattolo con

l'elastico in moto da tappare il barattolo • Tendere la membrana in modo che non formi increspature e fissate sulla stessa una estremità

dell'astina in modo della punta sia al centro e l'astina sporga per quasi tutta la sua lunghezza Le osservazioni da fare:

• Si è mantenuto in un ambiente a temperatura costante (a esempio la classe) la posizione dell' astina varierà al variare della pressione atmosferica. In particolare, se la pressione atmosferica è alta la superficie della palloncino è incurvata verso l'interno e di conseguenza l'astina sarà deflessa verso l'alto. viceversa se la pressione atmosferica bassa l'astina sarà deflessa verso il basso. Abbiamo quindi costruito uno strumento per la misura della pressione atmosferica.

Le spiegazioni:

• La pressione atmosferica è generata dalla presenza dell'aria intorno a noi. In particolare la massa d'aria che ci sovrasta pesa su ogni cosa e su ogni oggetto, anche sull'aria stessa. Se, infatti, rimuoviamo l'aria dall'interno di una bottiglia di plastica essa si accartoccia per effetto della pressione dell'aria esterna che non è compensata dalla pressione dell'aria interna. Normalmente una bottiglia di plastica non si accartoccia perché su ogni parte della sua superficie la forza esercitata dall’aria interna è uguale ed opposta a quella dell’aria esterna. Allo stesso modo l’aria contenuta nel barattolo eserciterà una forza sulla membrana costituita dal palloncino, uguale ed opposta a quella dell’aria esterna. Siamo quindi in una condizione di equilibrio.

• In un diverso momento, per effetto di un cambiamento della temperatura o delle condizioni metereologiche, la pressione dell’aria esterna può aumentare e di conseguenza la forza con cui agisce l’aria esterna è maggiore. L’equilibrio precedente si rompe e la superficie della membrana è spinta verso l’interno (astina verso l’alto).

Alta Pressione

Bassa Pressione



20. L’ARIA SOSTIENE L’ACQUA Materiale occorrente:

• Un bicchiere con il bordo liscio • Una cartolina perfettamente piana o un cartoncino lucido delle stesse dimensioni • Acqua • Un lavandino su cui lavorare


• Riempire il bicchiere con l'acqua • Far aderire perfettamente la cartolina dalla parte lucida al bordo del bicchiere (si può

eventualmente bagnarla un po') • Tenendo il palmo della mano sulla cartolina, capovolgere il bicchiere • Allontanare la mano dalla cartolina


• La cartolina rimane attaccata al bordo del bicchiere e l'acqua non cade Le spiegazioni:

• La pressione dell'aria esercitata dal basso sulla cartolina è maggiore del peso dell'acqua all'interno del bicchiere per questo la cartolina sostiene l'acqua e non cade



21. LA FORMA DELLE NUVOLE Materiale occorrente:

• Macchina fotografica usa e getta • Cartellone • Colla • Pennarelli


• L’osservazione della forma delle nuvole ha alcuni aspetti fondamentali: 1) esercitare l’osservazione dei fenomeni atmosferici; 2) classificazione delle osservazioni; 3) riconoscimento di fenomeni precursori.

• Utilizzando una scheda didattica sulle forme delle nuvole e la loro classificazione, fornire gli elementi per individuare le tipologie più ricorrenti di nuvole. In particolare distinguere fra: cirri; cirrocumuli; altocumuli; cumulonembi; cumuli; stratocumuli.

• Fornire gli elementi per la distinzione fra nuvole, nebbia e foschia. • Soffermarsi, infine, sul colore delle nuvole distinguendo quelle bianche da quelle che

mostrano varie tonalità di grigio fino ad arrivare alle tonalità di arancio mostrate dalle nuvole al tramonto.

• Formare gruppi di bambini e dotarli di macchine fotografiche usa e getta da 24 fotogrammi.

• Incaricare i gruppi di fotografare le forme delle nuvole cercando di individuare quelle di aspetto differente in riferimento al lavoro svolto in classe. Scattare una prima foto ritraendo il gruppo incaricato del lavoro (ciò permetterà di individuare i rullini).

• La durata dell’osservazione deve essere di alcune settimane (3-5) in modo da fornire la possibilità di riscontrare la più ampia varietà di nuvole. Se il lavoro è svolto nei mesi invernali (da novembre a marzo) si può sfruttare l’abbondante diversificazione delle situazioni metereologiche. La breve durata del giorno impone, inoltre, che il lavoro sia portato a termine durante le prime ore del pomeriggio. Chiedere ai bambini di segnare su un quaderno in quali condizioni è stata ripresa la fotografia annotando la data e l’ora e le condizioni metereologiche del giorno.

• Far sviluppare le foto e fornirle ai bambini chiedendo loro, con un lavoro in classe, di suddividerle in base alla classificazione precedentemente studiata.

• I bambini devono quindi mettere in relazione l’osservazione con le condizioni metereologiche e redarre una relazione sulle osservazioni fatte.

• L’insegnante, dopo una valutazione del lavoro svolto, sceglie le immagini più significative e discute in classe le osservazioni fatte.

• L’esperienza ha termine con la realizzazione di un cartellone in cui è riassunto il lavoro svolto.


• Evoluzione delle condizioni metereologiche e aspetto delle nuvole (forma, dimensione e colore).

• Colore delle nuvole e approssimarsi del tramonto. • Distinzione fra nebbia, foschia e nubi.

Le spiegazioni:



Le nubi vengono classificate in base alla loro altezza ed al loro aspetto. Le categorie principali sono quattro: -nubi alte, che si originano oltre i 6000 metri; -nubi medie, che si posizionano tra i 2500 e i 6000 metri; -nubi basse, che si generano molto sotto ai 2500 metri; -l'nubi a sviluppo verticale o convettive che abbracciano quote cui appartengono le nubi citate in precedenza. All'interno di ogni categoria troviamo poi una ulteriore classificazione legata all'aspetto. Le nubi alte vengono suddivise in tre generi: cirri, cirrostrati, cirrocumuli. La loro struttura è sempre caratterizzata dalla presenza di piccoli cristalli di ghiaccio in sospensione. I cirri sono nubi molto sottili, bianche e trasparenti, isolate, con l'aspetto filamentoso o a ciuffi. Si formano nel cielo sereno ma la loro presenza è indice dell'arrivo di una perturbazione quindi di un sicuro cambiamento in peggio. Anche i cirrostrati si presentano come un velo sottile e trasparente, dall'aspetto biancastro ma più consistente rispetto e cirri. Infine i cirrocumuli, costituiti da un insieme di nuvolette bianche rotondeggianti e semitrasparenti. Sono nubi piuttosto rare e non hanno un gran valore dal punto di vista metereologico. Alla categoria delle nubi medie appartengono gli altostrati e gli altocumuli, che spesso rappresentano l'evoluzione meteorologica dei cirri e dei cirrostrati. Le nubi medie si formano quando un ammasso d'aria calda scorre sopra uno strato d'aria fredda salendo verso l'alto, il tipico processo di formazione di una perturbazione di tipo a fronte caldo. Gli altostrati sono formati sia da goccioline d'acqua e da aghi di ghiaccio e si presentano inizialmente come una sorta di velo sottile e uniforme che lascia filtrare completamente la luce del sole. Gli altostrati possono creare delle precipitazioni, ma data l'altezza di queste nuvole, in genere, le gocce di pioggia evaporano ancora prima è di arrivare a terra. Gli altocumuli costituiscono quello che nel gergo popolare si definisce 'cielo a pecorelle': sono ammassi di nubi tondeggianti grigie e bianche disposte in fila o in gruppi. Le nubi basse sono causa della maggior parte delle precipitazioni costanti e continue tipiche dell'inverno. Sono formate solo ed esclusivamente da goccioline d'acqua e sono poste sempre sotto i 2500 metri di quota. Fanno parte di questo tipo di nuvole gli strati, i nembostrati e gli stratocumuli. Gli strati sono nubi grigie, non hanno contorni ben precisi che sono molto bassi. Difficilmente di strati sono causa di una precipitazione vera e propria: per lo più possono essere un elemento di disturbo, dando origine a precipitazioni leggerissime. I nembostrati si presentano di colore grigio scuro e sono i principali portatori di precipitazioni persistenti e forti. Infine il stratocumuli, costituiti da nubi bianche e di una certa consistenza, a forma di batuffoli, che possono ricoprire anche ricoprire tutto il cielo. Le nubi a sviluppo verticale, chiamate anche cumuli, hanno la particolarità di avere una altezza molto grande che le porta a invadere tutti gli strati in cui aleggiano le nuvole descritte in precedenza. Queste nubi si presentano all'inizio come piccoli addensati bianchi e poi si sviluppano sino a diventare gigantesche nubi torreggianti, il cui aspetto è molto simile a vapore che si forma dall'acqua in ebollizione. (Da 'Metereologia' di J. Oldani, De Vecchi editore)

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