La Fisica in Casa

7/23/2019 La Fisica in Casa

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La Fisica in Casadi

Carlo CosmelliDipartimento di Fisica, Universit La Sapienza

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Esperimento #3 La bottiglia sopra la candela. Argomenti:

Combustione, Ossigeno nellaria, Respirazione.

CODICE COLORE: GIALLO

E necessario accendere una candela, fare attenzione a non svolgerelesperienza vicino a materiali infiammabili.

Materiale necessario:Una vaschetta dal fondo piattoUna bottiglia di vetro dal collo largoUna candela galleggiante, tipo le candeline scaldavivande.

Cosa si vuole vedere:

Come si alimenta una fiamma ed alcuni degli effetti prodotti.

Come eseguire lesperimento:Versare nella vaschetta dellacqua fino ad unaltezza di 2-3 cm dal fondo (circa 250cc). Appoggiare sulla superficie dellacqua la candelina ed accenderla. Capovolgervisopra il bicchiere e osservare il fenomeno: la fiamma si riduce a poco a poco fino aspegnersi mentre sale il livello dellacqua nella bottiglia.

Suggerimenti ed astuzie:

Lo stoppino della candela deve essere abbastanza lungo. Se fosse troppo cortotenderebbe a spegnersi appena la quantit di ossigeno nella bottiglia diminuisse.

Approfondimento:Questo esperimento consente di verificare due importanti aspetti della combustione,ovvero della reazione chimica in cui un combustibile ha una reazione chimica con uncomburente e come risultato si ha produzione di calore, oltre ai prodotti dellacombustione. In genere, il comburente lossigeno che sta nellaria. Spesso questareazione avviene ad alta temperatura (la candela che brucia, un camino, il motore a

scoppio, ma non sempre (la respirazione umana una combustione di glucosio eossigeno a bassa temperatura, senza fiamma).


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Il fuoco non altro che una delle manifestazioni della combustione che in questoesperimento avviene tra il materiale di cui fatto la candela (una sostanza dettaparaffina, la cui formula C25H52) e lossigeno dellaria:

C25H52+ 38xO2---> 25xCO2+ 26xH2O + 16800 kJ/mol

La reazione quindi consuma lossigeno dellaria per produrre anidride carbonica e acquache vengono rilasciati sotto forma di gas ed una gran quantit di energia che vienerilasciata sotto forma di luce e di calore (16800 kJ/mole).Allo stesso modo possono bruciare materiali diversi (legno, carta, eccetera), ma inquesto caso la reazione inizia solo se provocata con un innesco.In quanto allesperienza presentata, la salita dellacqua allinterno della bottiglia dovuta alla diminuzione della pressione che si crea nella bottiglia rispetto a quelleesterna (la pressione atmosferica 1000 mbar). Cos lacqua viene spinta allinternodel bicchiere per compensare il calo di pressione che si verifica in seguito al consumo

di ossigeno dellaria, dal momento che la pressione dipende dal numero di molecolepresenti e quindi diminuisce man mano che lossigeno viene consumato dalla fiamma. Inun secondo momento, quando la fiamma si spegne, interviene anche il raffreddamentodellaria che causa una ulteriore diminuzione della pressione. Questa diminuzioneprovoca quindi un ulteriore salita dellacqua nella bottiglia. Tale effetto lo stessoche si osserva durante la preparazione di confetture, dove il sottovuoto chegarantisce una corretta conservazione del prodotto viene realizzato perraffreddamento graduale dellaria presente nel barattolo, che era stato chiusomantenendolo ad alta temperatura per la sterilizzazione.

Osservazioni ed altre misure possibili:Osservando attentamente il fenomeno si possono osservare tre fasi distinte:a) Allinizio esce dellaria da sotto la bottiglia: laria allinterno della bottiglia cheviene scaldata non appena si copre la candela. Scaldandosi aumenta di volume (pV=nRT)ed esce fuori.b) La candela comincia a bruciare lOssigeno, la pressione del gas nella bottigliadiminuisce, e lacqua sale.

c) LOssigeno finisce, la candela si spegne, ma lacqua continua a salire ancora perqualche secondo. In questa fase laria rimasta nella bottiglia si sta raffreddando,quindi diminuisce ulteriormente il fattore pV (pressione e Volume), e lacqua saleancora fin quando la pressione interna pi quella dovuta alla colonnina di acqua che salita non eguagliano la pressione esterna.Se si utilizza un bicchiere graduato, ovvero con una scala di capacit impressa sullaparete, possibile misurare il volume guadagnato dallacqua nella sua risalita. Questocorrisponde al volume di ossigeno consumato, quindi, rapportato al volume di testatotale consente di ricavare la percentuale di ossigeno presente nellaria.

Inoltre, noto il volume di una mole di ossigeno (che se si comportasse come un gasideale sarebbe di 24,80 L/mole a 25C e alla pressione atmosferica) possibilericavare il numero di moli di ossigeno consumate e quindi il numero di moli (e la massain g) di paraffina consumata.


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(NB Il calcolo del volume molare dellO2implica la risoluzione di unequazione di terzogrado)

IDEE PER FARE QUALCOSA DI PIUSi pu provare a misurare quanto siamo efficienti quando respiriamo. Si pu procederecos:

1) Si ripete pi volte la misura fatta nel caso precedente per misurare le percentualedi Ossigeno nellaria. Se viene pi o meno lo stesso valore (10%) va bene, altrimentivuol dire che si stanno cambiando alcune condizioni in maniera non controllata e non hasenso proseguire.2) Si prende una cannuccia e si soffia dentro la bottiglia, in maniera da riempirladellaria che esce dai nostri polmoni. Si ripete lesperimento e si misura quantoOssigeno cera nellaria. Lesperimento non semplice, provate varie tecniche diriempimento della bottiglia: conviene tenerla verticale, o con lapertura verso il basso?Siete sicuri di avere veramente sostituito latmosfera con laria uscita dai vostri

polmoni?


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Esperienza # 4 : Latte e Sapone

Argomento : PROPRIETA DELLE MOLECOLE, interazione fra grassi, acqua e sapone.

Materiale necessario: una vaschetta tonda di media grandezza, o un piatto fondo. latte intero. diversi (due, tre) coloranti in soluzione acquosa. Nei supermercati si trovano

coloranti alimentari gi pronti, o da sciogliere nellacqua. sapone liquido. un bastoncino con del cotone agli estremi.


Si vuole verificare il comportamento delle diverse molecole che costituiscono il lattein presenza di una molecola estranea (il sapone). Il colorante serve solo avisualizzare quello che succede.

Come eseguire lesperimento:Versare un po di latte nella vaschetta in modo da coprire completamente il fondo.Aspettare che il latte sia fermo. Aggiungere una piccola goccia di ciascuna soluzione dicolorante, facendo attenzione a posizionare le gocce in prossimit del centro, senzaprovocare alcuna agitazione del liquido. Toccare con il cotone la superficie del latte al

centro ed osservare la reazione delle gocce di colorante. Impregnare lestremitancora pulita del bastoncino di cotone di sapone liquido e tornare a toccare lasuperficie del latte fra le gocce. Osservare nuovamente la reazione delle gocce dicolorante. Le gocce si allontanano immediatamente dal bastoncino di cotone, e vannoverso il bordo esterno del piatto.

Suggerimenti ed astuzie:E opportuno depositare le gocce di colorante per mezzo di una pipetta ben pulita,come quelle che si trovano nei flaconcini di gocce.

ApprofondimentoQuesta esperienza mette in luce il comportamento chimico completamente diversodelle varie molecole che coesistono nel latte; esso costituito principalmente daacqua in cui sono disciolte molte sostanze diverse quali proteine, vitamine, zuccheri esali minerali e in cui si trovano sospese numerose goccioline di grasso. Il mescolamentodel grasso con lacqua garantito dalla caseina, una proteina che, essendo in grado distabilire legami tra luno e laltra, esplica unazione emulsionante trattenendo il grassonellacqua. Pertanto pur avendo propriet chimiche molto diverse, tali molecole sono

organizzate in una rete di legami: nel momento in cui si perturba il sistema toccando lasuperficie con il tamponcino di cotone asciutto, questa struttura viene disturbata, percui si osserva il momentaneo allontanamento delle particelle di colore dal punto della


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perturbazione e il loro riavvicinamento successivo. Laggiunta del sapone rappresentaunazione ancora pi invasiva, in quanto introduce le molecole di sapone che hanno lacapacit di legarsi ad alcune delle molecole presenti nel latte. Cos i legami esistentitra le molecole del latte vengono rotti e ciascuna molecola si ritrova libera di muoversie di spostarsi, come si vede dal comportamento delle macchie di colore sulla superficiedel latte. Nel nostro caso si produce una separazione tra la parte acquosa, contenente

proteine, vitamine e zuccheri e la parte grassa, che come conseguenza viene spintaverso lesterno. Il moto delle molecole prosegue finch non si ristabilisce un equilibriofra le molecole del sapone, quelle di acqua, di grasso ecc... Se si aumentasse laquantit del sapone, il sapone tenderebbe ad organizzarsi in strutture chiamatemicelle che, restando sciolte in acqua, sono in grado di inglobare le particelle digrasso.

Altre misure possibili:La stessa esperienza pu essere ripetuta con una vaschetta contenente sola acqua: in

questo caso allaggiunta dei coloranti, si osserva la loro lenta diffusione in tutto ilvolume del liquido e la perturbazione del sistema non produce alcun effettoparticolare, se non lalterazione della tensione superficiale dellacqua assicurata dallarete di legami tra le molecole dacqua. Per valutare il ruolo delle particelle di grassosarebbe utile poter avere a disposizione del latte a diverso contenuto di grassi (0%,1%, 2%, eccetera). In questo caso si osserverebbe come man mano che diminuisce ilcontenuto di grasso, diminuisce il movimento del colorante. Eseguendo lesperimentocon olio vegetale in acqua, si vedranno le goccioline di olio allontanarsi rapidamente dalbatuffolo di cotone imbevuto di sapone.


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Esperienza #6 : ACQUA CALDA ED ACQUA FREDDA

Codice colore: Giallo (Servono due persone per non versare troppa acqua per terra)

Argomento: Densit dellacqua in funzione della temperatura, correnti marine.

Materiale necessario: Due bottiglie di vetro uguali Due coloranti alimentari diversi (blu e giallo per esempio). Un cartoncino plastificato

Cosa si vuole vedere:Come avviene la diffusione dellacqua calda in quella fredda dovuta alla relativa

differenza di densit.

Come eseguire lesperimento:Riempire fino allorlo una delle due bottiglie con acqua fredda e aggiungerci delcolorante blu; riempire allo stesso modo laltra bottiglia con acqua calda e aggiungerciil colorante giallo. Poggiare il cartoncino sulla bocca della bottiglia piena di acquafredda e trattenerla bene con le mani, affinch il liquido non esca. Facendo attenzionea non versare lacqua, capovolgere la bottiglia e collocarla esattamente sopra la boccadella bottiglia dellacqua calda. Si dovr tenere con una mano la bottiglia dellacqua

fredda e con laltra la carta plastificata; estrarre con cautela, per non versare lacqua,ma con decisione il cartoncino tra le due bottiglie ed assicurarsi che le due boccherimangano esattamente una sopra laltra. Eventualmente eseguire loperazione in due:una persona tiene la bottiglia inferiore e laltra quella superiore.Tenere bene ferme le due bottiglie. Se fossero bottiglie a collo largo (tipo conserva dipomodoro) possono essere lasciate perch rimangono in equilibrio una sopra laltra; sefossero bottiglie normali con il collo stretto necessario continuare a tenerle con lemani altrimenti quella sopra cade.Osservare levoluzione del sistema.

Ci che si osserva un progressivo mutamento di colore dellacqua nella bottigliasottostante, che da gialla assume unaccentuata colorazione verde, che scendegradualmente verso il fondo della bottiglia. Allo stesso tempo rimane inalterato illivello di liquido nella bottiglia soprastante. Intanto il colore blu della bottiglia che stasopra comincia a virare in verde, dopo vari minuti tutte e due le bottiglie avrannoassunto lo stesso colore verde.


E una esperienza che richiede una discreta manualit per non versare tutta lacquaper terra. Si consiglia di utilizzare bottiglie di medie o piccole dimensioni e con labocca abbastanza stretta, altrimenti si rischia di versare involontariamente una gran


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quantit dacqua. Una alternativa di trovare un tubo di gomma o di plastica (tipo itubi per innaffiare) di diametro tale da poter essere infilato sul collo delle bottiglie;se ne taglia un pezzetto di circa 5-6 cm, se ne infilano 3-4 intorno al collo dellabottiglia inferiore, e quando si capovolge la bottiglia con lacqua fredda si infila labottiglia nel pezzetto di tubo che sporge. Poi si abbassa la bottiglia in modo da fartoccare le due estremit di vetro delle bottiglie. Lacqua calda non deve essere

bollente, per non scottarsi, sufficiente lacqua che esce da uno scaldabagno moltocaldo. Per lacqua fredda va bene quella che esce dal rubinetto. Lottimo si ha conacqua di frigorifero (circa 4 oC), quindi se c la possibilit eseguirla con dellacquagelata.La coppia di coloranti pu essere qualunque, lesperienza viene meglio utilizzando unacoppia il cui miscuglio d un colore ben differente dai due di partenza.

Approfondimento

Ci che regola il movimento dellacqua fredda rispetto allacqua calda la diversadensit delluna e dellaltra, ed il fatto che tutto il sistema si trova immerso nel campogravitazionale terrestre; infatti lacqua fredda ha una maggiore densit rispettoallacqua calda (la maggiore densit dellacqua si ha ad una temperatura di circa 4 oC),per cui tende a scendere verso il basso, mentre si forma una corrente dacqua caldache va a sostituire lo spazio lasciato dallacqua fredda. In questo modo si crea un motoconvettivo, in cui si combinano il moto verso il basso dellacqua fredda e il motoascensionale dellacqua calda. Lacqua contenuta nella bottiglia sottostante si colorasempre pi di verde, per il mescolamento del colore giallo con il blu dellacqua fredda,il che dimostra che effettivamente lacqua fredda sta scendendo invadendo lo spaziodellacqua calda, che a sua volta comincia a salire verso la bottiglia soprastante. Lacolorazione verde si espande sempre di pi perch il moto convettivo che si creacontinua a cicli successivi finch non si stabilisce il completo equilibrio termico, con ununico fluido tutto alla stessa temperatura e densit.Questo meccanismo sta alla base di numerosi fenomeni naturali, quali il movimentodelle correnti marine, la formazione dei venti, la creazione di moti convettivinellatmosfera che danno luogo a temporali quando si scontrano masse di aria calda e

masse di aria fredda. Il moto della Corrente del Golfo, che parte dal Golfo delMessico ed arriva fino al nord della Norvegia dovuto fra laltro al moto di grandimasse di acqua a densit differente.

Altre misure possibili:Si pu eseguire lo stesso esperimento invertendo le posizioni delle due bottiglie: inquesto caso la bottiglia con lacqua calda si trover sopra la bottiglia dellacqua freddae si osserver che allinizio non si verifica alcun mescolamento di colore, dal momentoche lacqua fredda, di densit maggiore, tende a stare in basso, mentre lacqua calda

avendo densit minore non riesce a diffondere verso il basso e rimane confinata nellabottiglia soprastante. Il fenomeno in realt avverr lo stesso, essendo in ogni caso idue fluidi in contatto termico, ma in tempi molto pi lunghi. Infatti in questo caso la


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trasmissione del calore avverr quasi tutta per conduzione e non per convezione comenel caso precedente.Una misura possibile data dal tempo necessario per avere un mescolamento quasicompleto nei due casi presentati. Si pu vedere quindi la differenza fra laconducibilit per convezione e quella per conduzione, (nel sistema in esame).


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Esperienza #7 : Due Pendoli

Codice colore: VERDE

Argomento: Pendoli accoppiati, trasferimento di energia fra sistemi oscillanti,laltalena, il crollo del ponte di Tacoma Narrows.

Materiale necessario: Due pendoli (una massa attaccata ad uno spago lungo circa 40-50 cm) uguali. Un pezzo di spago lungo circa 60-80 cm.


Come avviene il trasferimento di energia fra due sistemi oscillanti.

Come eseguire lesperimento:

Si costruiscano i due pendoli. Come masse si possono prendere due grandi bulloni, odue palline di piombo del tipo che si comprano nei negozi di pesca. Non necessarioche siano molto pesanti, qualche decina di grammi va bene. Si attaccano ad un pezzo dispago sottile. Poi si attaccano ad un pezzo di spago che verr messo orizzontalmente.La distanza pu essere di circa 15 cm.


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Bisogna partire da una condizione in cui i due pendoli sono immobili, e non stannooscillando.Si metta uno dei pendoli in oscillazione spostandolo dalla posizione di equilibrio e poilasciandolo andare. E importante che la direzione delloscillazione sia perpendicolare

al filo orizzontale che regge i pendoli. Dopo un po si noter che il primo pendolodiminuisce lampiezza di oscillazione, mentre quello che inizialmente era fermocomincia ad oscillare. Vi sar un momento in cui il primo pendolo completamentefermo, mentre il secondo oscilla con la sua massima ampiezza. Quindi il processoricomincia: il primo pendolo oscilla sempre di pi, mentre il secondo diminuiscelampiezza della sua oscillazione, fino a fermarsi. Questo processo in cui lenergia sitrasferisce da un pendolo allaltro continua fin quando a causa dellattrito (dellaria,dello spago, dei supporti...) tutta lenergia iniziale si sar trasformata in calore.


Perch lesperimento riesca bene importante che le lunghezze dei due pendoli sianouguali. Infatti se le lunghezze fossero differenti, i periodi di oscillazione sarebberodifferenti ed il trasferimento di energia non sarebbe completo, cio uno dei due nonsarebbe mai completamente fermo. Quindi importante anche che le due masse sianoil pi possibile identiche ed attaccate al filo nello stesso punto. Nota: la massa noncambia il periodo di oscillazione, ma masse differenti avrebbero dimensioni differenti,e dato che la lunghezza del pendolo tiene conto non solo del filo, ma anche delledimensioni della massa appesa, ne risulterebbe un periodo leggermente differente. Eimportante anche che il filo orizzontale non sia n troppo teso, n troppo lento.Lideale che il punto pi basso sia di 1-2 cm sotto i punti in cui sospeso.

Approfondimento

Il sistema realizzato (due pendoli accoppiati) un sistema molto studiato in fisica,dato che rappresenta un buon modello per uninfinit di sistemi reali, naturali o

artificiali. Uno studio che pu essere fatto a tutti i livelli (dallo studente di scuolemedie fino allo studente universitario) quello di determinare come si comporta ilsistema in funzione dei parametri iniziali. Di base il sistema caratterizzato solo dadue numeri:1) il periodo di oscillazione dei pendoli (supposti identici).2) laccoppiamento fra i due. Laccoppiamento in questo caso determinato dalle

caratteristiche dello spago fra i due pendoli (quanto lungo, quanto grande, la suatensione, la distanza dai punti in cui fissato...) ed abbastanza difficile da misurare.Tuttavia si possono fare varie misure variando per esempio la distanza fra i due

pendoli. La grandezza da misurare che caratterizza il sistema dei due pendoliaccoppiati, il periodo dei battimenti, cio il tempo che impiega il sistema trasferirelenergia dal primo pendolo al secondo e viceversa.


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Altre misure possibili:

Provare a misurare la costante di accoppiamento variando le condizioni diaccoppiamento dei due pendoli:

Il tipo di spago La sua lunghezza La distanza fra i pendoli La tensione dello spago ..........

Provare a realizzare un sistema di pi pendoli accoppiati (3-4-...) e vedere cosasuccede. In questo caso importante che la distanza fra i pendoli sia il pi possibileuguale per tutte le coppie.

E se ne mettessi un numero infinito di pendoli su di uno spago infinito (molto lungo)?


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Esperienza #8 : Palline che rimbalzano


Argomento: Urti elastici, trasferimento di energia e di quantit di moto.

Materiale necessario:

Una pallina da ping pong. Una pallina di gomma dura pi grande di quella da ping pong.


Cosa succede nellurto di due sistemi elastici con masse molto differenti.


Si prende la pallina da ping pong e la si mette sopra quella di gomma, tenendo le duepalline ferme con le due mani.Si lasciano cadere le due palline per terra o sul tavolo facendo attenzione a lasciarlecontemporaneamente, ed a fare in modo che la pallina da ping pong rimanga sempresopra quella di gomma (senza scivolare di lato mentre cade). Le due palline devonoarrivare a toccare il pavimento (o il tavolo) rimanendo una sopra allaltra.

Si potr vedere che la pallina da ping pong rimbalza ed arriva molto pi in alto delpunto da cui era partita. Anche molti metri se era stata lasciata cadere da circa unmetro di altezza.


Perch lesperimento riesca bene importante che le palline urtino la superficie dura(il pavimento o il tavolo) quando ancora sono esattamente una sopra allaltra. Serve unpo di esperienza e di manualit. Se non ci si riesce provare pi volte, o diminuire la

distanza di caduta (facendole cadere su di un tavolo per circa 10-15 cm sicuramentepi facile). E importante anche che la superficie su cui cadono sia la pi dura possibile,altrimenti una parte dellenergia acquistata dalle palline nella caduta viene ceduta allasuperficie (e si trasforma in calore).

ApprofondimentoQuesto ci che succede, supponiamo che le due palline siano lasciate cadere sulpiano di un tavolo:

Le due palline arrivano insieme sul piano del tavolo, quindi hanno la stessa

velocit, ma la loro energia molto differente. Lenergia (cinetica) infatti, proporzionale alla massa ed al quadrato della velocit.


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La massa grande tocca la superficie del tavolo e, essendo molto elastica,rimbalza verso lalto con una velocit uguale ( cambiata solo la direzione) a quellacon cui arrivata a toccare il tavolo.

A questo punto urta la pallina da ping pong, e gli cede gran parte della suaenergia che era molto maggiore di quella che aveva la pallina da ping pong (moltoleggera).

Quindi la pallina da ping pong viene come sparata verso lalto, ed arriva ad unaaltezza molto maggiore di quella da cui era partita, avendo ricevuto un bel po dienergia dalla pallina di gomma.

La pallina di gomma invece rimbalza molto poco, avendo ceduto parte della suaenergia alla pallina da ping pong.

I dettagli su quanta energia viene trasferita dalla pallina di gomma a quella da pingpong si possono ricavare scrivendo le relazione che descrivono la dinamica del sistema.Nellapprossimazione di urti perfettamente elastici (cio non si perde energia in

calore), e di moto perfettamente verticale (le due palline rimangono sempreesattamente sulla verticale, bisogna scrivere la legge di conservazione dellenergia e lalegge di conservazione della quantit di moto per lintero sistema: pallina piccola,pallina grande, tavolo. I dati che servono sono: le masse delle due palline, e laltezza dacui cadono.Questa unapprossimazione, la descrizione completa del processo , come spessoavviene, molto pi complicata e coinvolge altri parametri.


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Esperienza #8 : Buchi nelle bolle di sapone


Argomento: Tensione superficiale, simmetrie, il principio dellenergia minima.


Miscela per fare le bolle di sapone, quanto basta per coprire completamente iltelaio (vedi dopo).

o Ecco un esempio di miscela, in rete ce ne sono molte altre: 1 parte di sapone liquido per piatti. 2 parti di glicerina liquida. 3 parti di acqua (se quella del rubinetto avesse molto calcare usare

acqua minerale con poco residuo fisso).

cucchiaino di zucchero (opzionale, servirebbe solo a dare piiridescenza, ma non lho ancora verificato).

Scaldare leggermente, mescolare bene, e lasciare riposare unanotte.

Un telaio metallico tondo o quadrato o della forma che volete, basta che siapiano, di circa 10-15 cm di lato, con un manico per reggerlo.

Una teglia, o una pirofila, con il fondo piatto in cui mettere il telaio. Filo per cucire; fare un anello di circa 3-5 cm di diametro.

Cosa si vuole vedere:Come agisce la tensione superficiale del liquido, e quale la posizione di equilibrioraggiunta dal sistema. In generale come evolve un sistema fisico versa lo stato dienergia minima.

Come eseguire lesperimento:Versare la soluzione di sapone nella teglia, quindi immergere il telaio metallico, chedeve risultare completamente coperto dal liquido.Tirare lentamente fuori il telaio dal liquido, alla fine si avr il telaio con una pellicola disapone che copre la superficie limitata dal bordo del telaio.Prendere lanello di filo, bagnarlo con il sapone immergendolo un momento nellasoluzione, e poggiarlo delicatamente sulla superficie saponata in mezzo al telaio. Iltelaio nella fase iniziale va tenuto orizzontale, una volta poggiato il filo lo si puinclinare, e si vedr il filo andare in giro per il telaio.Prendere una cosa appuntita (una penna, un pezzetto di legno, uno stecchino) e bucarela lamina di sapone in mezzo al filo.Il filo, che prima aveva una forma qualunque e poteva essere deformato facilmente,

assumer una forma perfettamente circolare.



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Intorno al telaio conviene avvolgere del filo leggero. Serve ad aumentare laquantit di sapone raccolta dal telaio ed a mantenere la lamina pi a lungo primache scoppi.

Se il telaio grande facile rompere la lamina mentre si solleva il telaio dalsapone. Un accorgimento per evitare la rottura pu essere di alzare il telaiotenendolo inclinato, quasi verticale, rispetto al piano del sapone. Cos facendo

leccesso di sapone della lamina che si sta formando scorre via e nonappesantisce tutta la lamina.

ApprofondimentoQuello che succede dovuto alla tensione superficiale della lamina, che agisce sututta la superficie, ed in particolare su tutti i lati che delimitano la lamina, con unadirezione che perpendicolare alla linea di separazione lamina/esterno, con il versodiretto dallesterno verso il liquido. Prima di bucare il centro del filo la tensionesuperficiale agisce solo sui lati del telaio, ma i lati metallici sono rigidi e quindi non

vengono deformati . Il filo, avendo la lamina saponata da tutte e due le parti, nonrisente di nessuna forza. Quando buchiamo la lamina la centro del filo, ogni tratto difilo si trova a d avere laria da una parte, e la lamina dallaltra. Dato che il filo flessibile viene tirato verso lesterno dalla tensione superficiale e si deforma. Ilfatto che il filo assume una forma circolare pu essere spiegato in varie maniere ed avari livelli di complessit:

Per ragioni di simmetria: il filo viene tirato verso lesterno dalla tensionesuperficiale. Quindi non c ragione perch il filo possa assumere una forma nonsimmetrica (un quadrato, un triangolo o una qualunque forma irregolare). Devedisporsi secondo una circonferenza; non c nessuna asimmetria nel sistema (nellaforza che lo tira o nella sua geometria) perch assuma una qualunque altra forma.

Per ragioni energetiche: la lamina saponata come una lamina elastica tesa, che,se libera di muoversi, tende a restringersi. Questo comportamento dovuto alprincipio dellenergia potenziale minima, secondo cui ogni sistema fisico tende adassumere lo stato in cui la sua energia potenziale minima. Nel caso dellenergiapotenziale di una lamina (o di un qualunque liquido) dovuta alla tensionesuperficiale, si ha che lenergia proporzionale alla superficie del liquido. Quindi

lo stato con energia minima quello che ha superficie minima. Nel nostro casoquindi la minima superficie della lamina quella per cui massima la superficiedel buco limitato dal filo. E la massima superficie, dato un perimetro fisso (lalunghezza del filo), la circonferenza. Questo fatto era ben noto a Didone (8osecolo a.c.) quando, dovendo disporre la famosa pelle di bue tagliata a strisciolineper delimitare la superficie della citt che stava fondando, la dispose secondouna arco di cerchio avente come corda il mare. Cos, si dice, nacque Cartagine.


Provare a legare un pezzo di filo a due punti vicini del telaio. Oppure provare acambiare la forma del filo, per esempio dandogli la forma di un 8 o mettendo, invecedel filo completamente flessibile, un oggetto semirigido formato da un pezzo di filomolto morbido legato ad un pezzo di filo pi rigido.


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Esperienza #10 : Lacqua che non cade 22.12.2004


Argomento: Tensione superficiale, gravit, vuoto.


Un bicchiere a sezione circolare Un pezzo di tulle o di retina a maglie strette. Un elastico Acqua


Gli effetti della tensione superficiale dellacqua attraverso sezioni molto piccole(dellordine del millimetro o meno).


Coprire la bocca del bicchiere con il tulle avendo laccortezza di tenderlo bene,utilizzare lelastico per fissare il tulle nella sua posizione. Versare dellacqua nelbicchiere fino a riempirlo attraverso il tulle (non necessario riempire tutto ilbicchiere). Poggiare il palmo della mano (o un cartoncino) sopra il tulle, in modo da

tappare il bicchiere. Girare il bicchiere sotto-sopra e, tenendolo il posizioneverticale, togliere la mano o il cartoncino. Si osserva che lacqua contenuta nelbicchiere non esce.Se ora il bicchiere viene leggermente inclinato lacqua in esso contenuta comincer aduscire, prima lentamente, poi tutta insieme.

Suggerimenti ed astuzie:Praticamente nessuno, fare solo attenzione a che il tulle, una volta stretto benedallelastico, sia ben aderente al bordo del bicchiere. Se, attraverso una piccola piega,

venisse lasciato uno spazio aperto, lesperimento non verrebbe perch tutta l'acquauscirebbe da quel foro.

Approfondimento: questa spiegazione non semplicissima, leggerla con calma, poirileggerla unaltra volta.

Per spiegare quello che avete visto necessario tener conto di vari fenomeni: lapressione dellaria che agisce sulla parte inferiore dellacqua, la pressione dellaria nelbicchiere, il peso dovuto allacqua e la tensione superficiale.Il modo migliore per capire cosa accade quello di partire da un altro esperimento:prendete una cannuccia ed immergetela in una vaschetta dacqua, tappatene


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unestremit con un dito e tiratela fuori dallacqua, osserverete che lacqua contenutanella cannuccia non esce, se invece togliete il dito la cannuccia si svuota. Lacquacontenuta nella cannuccia ha un peso e come tutti gli oggetti tende a cadere sotto laforza di attrazione gravitazionale esercitata dalla Terra. Se la cannuccia apertalacqua cade, come ci aspettiamo, ma se ne tappiamo unestremit lacqua non esce, come se ci fosse una forza che tira lacqua verso lalto, impedendole di cadere per la

forza gravitazionale. Ma a chi dovuta questa forza? La risposta non va cercata moltolontano, perch dovuta alla pressione dellaria (la pressione atmosferica) ed alladepressione (una pressione inferiore a quella atmosferica) che si forma dentro lacannuccia. Vediamo questi due effetti separatamente, ricordandoci che poi saressenziale tener conto anche della tensione superficiale.1) La pressione dellaria una forza (per unit di superficie) che si esercita su ognipunto dei corpi che si trovano nellatmosfera terrestre; detta in modo semplice laforza dovuta al peso dellaria che sta sopra di noi me, e questo un punto importante,non diretta verso il basso: la forza dovuta alla pressione ha direzione perpendicolare

alla superficie del corpo ed diretta verso il corpo. Quindi nel caso della superficiedacqua che si trova alla fine della cannuccia, quella pi in basso, la pressione dellariaagisce dal basso verso lalto.2) Se teniamo tappata lestremit della cannuccia, lacqua che vorrebbe scendereverso il basso si comporta come uno stantuffo che, abbassandosi, tende ad aumentareil volume occupato dallaria allinterno della cannuccia (si pensi ad una siringa senzaago, tenuta tappata con il dito, alla quale si tira lo stantuffo). Poich per un gas atemperatura costante, in questo caso laria, ad un aumento del volume occupatocorrisponde una diminuzione di pressione, nella parte alta della cannuccia dove si trovalaria (lestremit tappata) la pressione diminuisce rispetto a quella di partenza; quindisopra l'acqua viene a crearsi una pressione inferiore a quella atmosferica.I due effetti sopra sono sufficienti a descrivere quanto accade.

Nel caso della cannuccia non tappatalacqua che si trova al suo interno risente:della forza gravitazionale che la tira verso il basso, di una forza dovuta allapressione dellaria che agisce sulla estremit inferiore della cannuccia e chetende a spingere lacqua verso lalto e di una terza forza, sempre dovuta allapressione dellaria, che agisce sullestremit alta della cannuccia e che spinge

lacqua verso il basso. Le due forze dovute alla pressione dellaria sono uguali econtrarie e quindi si annullano; in conclusione sullacqua agisce solamente la forzagravitazionale, che quindi la fa cadere.

Diverso invece il caso della cannuccia tappata. Ora la forza di attrazionegravitazionale e la forza della pressione dellaria che agisce sul fondo dellacannuccia sono uguali al caso precedente, ma cambia la forza di pressione cheagisce sulla parte alta della cannuccia. Come abbiamo detto in precedenza nellaparte alta della cannuccia si genera una depressione, quindi la pressione dellariacontenuta nella cannuccia minore di quella esterna, di conseguenza la forza

esercitata dalla pressione, e che tende a spingere il liquido verso il basso, minore di quella che si ha con la cannuccia non tappata. Ne segue che le due forzedi pressione (quella che dal fondo della cannuccia spinge il liquido verso lalto equella che dallalto della cannuccia lo spinge verso il basso) non sono pi uguali e la


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loro risultante una forza che spinge il liquido verso lalto. Questa forza chespinge verso lalto diviene uguale e contraria alla forza gravitazionale che invecetira verso il basso, in definitiva sullacqua non agisce alcuna forza e tutto rimanecome si trova.

Se infine, nel nostro esperimento, proviamo ad inclinare la cannuccia tappata vedremoche lacqua non esce. Questo accade perch la cannuccia ha un piccolo diametro e a

causa delle forze di tensione superficiale non da possibilit allaria di entrare.Con un po dimmaginazione possibile mettere in relazione lesperimento del bicchieredacqua con quello della cannuccia. Il tulle che mettiamo sopra il bicchiere una rete amaglia fine, talmente fine che a causa della tensione superficiale dellacqua per ognibuco o passa acqua o passa aria. Questo comportamento di ogni buco ci ricordaquello della cannuccia, cos possiamo immaginare il bicchiere pieno dacqua comeformato da tante cannucce attaccate, riempite anche loro dacqua (nel seguito ciriferiremo a questa rappresentazione con il termine di cannucce immaginarie).Quando togliamo la mano da sotto il bicchiere lacqua contenuta in ogni cannuccia

immaginaria scende verso il basso a causa della forza di attrazione gravitazionale, diconseguenza aumenta il volume dellaria contenuto nella parte alta del bicchiere, e lapressione che questo esercita sullacqua diminuisce. Proprio come accade per la singolacannuccia, la pressione atmosferica che spinge lacqua verso lalto maggiore di quellache, da dentro il bicchiere, la spinge verso il basso. Alla fine la risultante delle forze(di pressione e gravitazionale) nulla e lacqua, contenuta in ogni singola cannucciaimmaginaria del nostro bicchiere, non cade.Quando il bicchiere viene piegato lacqua in esso contenuta esce rapidamente perch siinstaura una condizione di instabilit. Per capirlo supponiamo di inclinare il bicchiereverso destra, in questo modo le cannucce immaginarie che si trovano nella partedestra del bicchiere hanno una quantit dacqua maggiore di quelle che si trovano allasinistra. Come conseguenza, lacqua contenuta nelle cannucce di destra risente di unaforza gravitazionale maggiore e quindi, per rimanere intrappolata nella sua cannucciala pressione dovuta allaria nel bicchiere deve essere minore che nel caso precedente.Per essere garantito lequilibrio su tutto il bicchiere nella parte destra la pressionedeve essere minore che in quella sinistra (la quantit dacqua nelle cannucce di destra maggiore che in quelle di sinistra), ma questo non possibile perch la forza di

pressione esercitata da un gas, in questo caso laria contenuta nel bicchiere, lastessa in tutti i punti. Si instaura cos, allinterno del bicchiere, una condizione diinstabilit che fa uscire lacqua.


Invece del tulle usare un cartoncino. Si procede come sopra, prima riempiendo con unpo dacqua il bicchiere, poi poggiando bene il cartoncino sullimboccatura, quindicapovolgendo il bicchiere tenendo il cartoncino ben aderente al bicchiere. Togliendo lamano che teneva il cartoncino si pu vedere come lacqua non cade.


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In questa versione lesperimento viene spesso discusso in molti libri di testo.Purtroppo la spiegazione che viene data talvolta errata.E essenziale tenere conto della diminuizione di pressione che viene ad instaurarsi frala superficie superiore dellacqua ed il bicchiere, una volta capovolto il bicchiere.Notare che perch ci sia la depressione che tiene su lacqua, il volume di aria sopralacqua deve aumentare. Quindi lacqua deve scendere un po. Questo possibile solo se

loggetto che chiude il bicchiere si flette un po. Questa la ragione per cui con uncartoncino lesperimento viene molto bene, mentre con una lastrina metallica pidifficile e pu non venire se fosse troppo rigida.


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Esperienza #11 : Soffiare fra due palloncini


Argomento: Moto di un fluido, legge di Bernouilli.


Due palloncini gonfiati con aria Filo per cucire Un supporto per appenderli


Cosa succede se creo un flusso daria fra i due palloncini


Appendere i due palloncini ad un supporto con circa 40 cm di filo e tenendoli ad unadistanza di circa 10 cm.Soffiare fra i due palloncini facendo attenzione a non soffiare SUI due palloncini, maFRA i due palloncini. Si osserva che mentre soffio i due palloncini si avvicinano, e sesoffio abbastanza forte arrivano a toccarsi e rimangono in contatto finch continuo a

soffiare.


Perch lesperimento riesca bene importante che i due palloncini siano ben fermiprima dellesperimento. Se ci fossero correnti daria si pu mettere allinizio, prima digonfiarli, un po dacqua dentro i palloncini (un paio di cucchiai), saranno pi pesanti epi stabili. Unaltra cosa importante di dirigere bene il soffio fra i due.Eventualmente ci si pu aiutare soffiando attraverso un pezzetto di tubo (di gomma o

di metallo) del diametro di 1-2 cm; in questo modo si pu essere sicuri che il flussodaria sar stretto e diretto fra i due palloncini.

ApprofondimentoQuello che succede dovuto ad una diminuzione di pressione dove c il flusso daria.Infatti laria che soffio ha una certa velocit rispetto allaria della stanza che ferma, quindi per la legge di Bernouilli si avr una diminuzione della pressione lungo ilpercorso del flusso di aria. I palloncini quindi avranno la pressione atmosferica tuttointorno, ed una pressione inferiore fra i due, quindi sentiranno una forza che li spinge

verso il getto daria, e tenderanno ad avvicinarsi.

Altre misure possibili: I palloncini possono essere sostituiti da altri oggetti: peresempio due bicchieri di cartone, delle palline, due mele, etc...


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Esperienza #12 : La rotazione di un uovo


Argomento: Rotazione di un solido, assi preferiti, momento di inerzia.


Due uova, uno sodo ed uno fresco


Cosa succede se provo a far ruotare velocemente un uovo, e la differenza fra quellosodo e quello fresco


Appendere i due palloncini ad un supporto con circa 40 cm di filo e tenendoli ad unadistanza di circa 10 cm.Soffiare fra i due palloncini facendo attenzione a non soffiare SUI due palloncini, maFRA i due palloncini. Si osserva che mentre soffio i due palloncini si avvicinano, e sesoffio abbastanza forte arrivano a toccarsi e rimangono in contatto finch continuo asoffiare.


Perch lesperimento riesca bene importante che i due palloncini siano ben fermiprima dellesperimento. Se ci fossero correnti daria si pu mettere allinizio, prima digonfiarli, un po dacqua dentro i palloncini (un paio di cucchiai), saranno pi pesanti epi stabili. Unaltra cosa importante di dirigere bene il soffio fra i due.Eventualmente ci si pu aiutare soffiando attraverso un pezzetto di tubo (di gomma odi metallo) del diametro di 1-2 cm; in questo modo si pu essere sicuri che il flusso

daria sar stretto e diretto fra i due palloncini.

ApprofondimentoQuello che succede dovuto ad una diminuzione di pressione dove c il flusso daria.Infatti laria che soffio ha una certa velocit rispetto allaria della stanza che ferma, quindi per la legge di Bernouilli si avr una diminuzione della pressione lungo ilpercorso del flusso di aria. I palloncini quindi avranno la pressione atmosferica tuttointorno, ed una pressione inferiore fra i due, quindi sentiranno una forza che li spingeverso il getto daria, e tenderanno ad avvicinarsi.

Altre misure possibili:I palloncini possono essere sostituiti da altri oggetti: per esempio due bicchieri dicartone, delle palline, due mele, etc...


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Esperienza #13 : Palloni che si gonfiano


Argomento: Equilibrio Forze, Membrane elastiche


Due palloncini Un pezzetto di tubo di gomma o di metallo


La condizione di equlibrio statico di due palloncini collegati fra di loro


Si prenda uno dei due palloncini, lo si gonfi un bel po e poi, tenendolo chiuso con duedita, si infili lapertura da una parte del tubo. Poi si gonfi il secondo palloncino, moltomeno del primo, e lo si colleghi allaltra estremit del tubo. Si veda la figura 1.

Fig.1 Situazione di partenza. La croce rappresenta la chiusura del palloncino di destracon due dita.

A questo punto si mettano in comunicazione di due palloncini aprendo le dita. Siosserver che il palloncino pi piccolo si sgonfier ancora di pi, mentre quello grandesi gonfier leggermente.


Praticamente nessuna. Pu solo essere un po complicato fare le cose da soli. Farsiaiutare da unaltra persona.

Approfondimento

Questo quello che succede:


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Laria allinterno dei due palloncini soggetta a due forze: quella causata dallapressione atmosferica e quella generata dalla forze elastica del pallocinogonfiato.

La forza dovuta alla pressione atmosferica uguale per i due palloncini. Quella dovuta alla forza elastica invece diversa ed in particolare

proporzionale allinverso del raggio di curvatura del palloncino. Questo vuol dire

che la forza con cui ogni palloncino tende a contrarsi, sgonfiandosi, molto pigrande per il palloncino piccolo che per quello grande.

Il risultato che il palloncino piccolo si sgonfia esercitando una forza maggioredi quella che esercita quello grande.

La situazione di equlibrio si raggiunge quando le due forze sono uguali.



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Esperienza #14 : Oggetti appesi nellacqua


Argomento: Spinta di Archimede, principio di azione e reazione, densit deicorpi solidi.


Un corpo solido C appeso con un filo sottile Una bilancia digitale di buona sensibilit (almeno 1 grammo) Un recipiente e dellacqua.


Come varia il peso del recipiente pieno dacqua quando vi viene immerso un corpotenendolo sospeso nellacqua.

Come eseguire lesperimento

Come prima cosa si pesi il corpo C, supponiamo che la bilancia legga P grammi. Si mettapoi il recipiente sulla bilancia, lo si riempia di acqua e si azzeri la bilancia (con ilpulsante tara o zero). Ora la bilancia segner 0 grammi. Si immerga quindi il corpo

C nellacqua, tenendolo sospeso ed avendo l'accortezza che non tocchi il fondo, n lepareti del recipiente.Se possibile legare il filo che esce dallacqua ad un supporto per mantenere stabile ilpezzo. Sulla bilancia si legger un valore M minore di P. La massa M pari al peso delvolume di acqua spostata dal corpo.


Praticamente nessuna. Ma serve una bilancia con una sensibilit di almeno 1 grammo

per corpi pesanti qualche centinaio di grammi, ed una che legga almeno un decimo digrammo (0,1 g) per oggetti pi leggeri.

Approfondimento

Questo quello che succede: tutto il sistema in equilibrio, quindi tutte le forze sidevono equilibrare (per ogni singolo pezzo del sistema la risultante delle forzeapplicate deve essere zero).Quando il corpo viene immerso nellacqua, lacqua esercita sul corpo una forza dal

basso verso lalto uguale al peso del volume di acqua spostata dal corpo ( la legge diArchimede). Quindi, per il terzo principio della dinamica (il principio di azione ereazione), il corpo eserciter esattamente la stessa forza sullacqua. Questa forza quella misurata dalla bilancia e convertita in una misura di massa.


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Quindi la bilancia sta leggendo il peso dellacqua spostata. Ma, ricordando che lacquaha densit 1 g/cm3 , stiamo anche misurando il volume del corpo in cm3 . Questo quindi un ottimo sistema per misurare il volume di un corpo irregolare.


Se poi facciamo il rapporto fra la massa P del corpo misurata inizialmente e la massaM misurata dalla bilancia con il corpo immerso nellacqua, avremo la densit relativadel corpo rispetto allacqua, infatti, ricordando che il volume di acqua spostata uguale al volume del corpo, avremo:

M

P

acquamassa

corpomassa

acquamassa

acquadellvolume

corpodelvolume

corpomassa

acquadelldensit

corpodeldensitrelativaDensit

==

==='

'

Quindi, conoscendo la densit, potremo scoprire di che materiale era fatto il corpo.Ecco una tabella con le densit relative dei principali metalli, leghe o materiali chepotrete trovare in casa:

Materiale Densit relativa = d/d(acqua) d(acqua)=1 g/cm3

Acciaio 7,8-7,9Alluminio 2,70

Ambra 1,0Argento 10,5Bronzo 8,9Ferro 7,87Ghisa 7,3Marmo 2,7Nylon 1,14Oro 19,3Ottone 8,5

Piombo 11,3Plexiglas,Perspex 1,2Platino 21,5Rame 8,96Tungsteno 19,1Vetro comune 2,5-2,6

Potete divertirvi a scoprire se il famoso gioiello di famiglia era veramente doro,oppure era di rame dorato.

Fate attenzione al caso di un corpo composto di materiali differenti, in questo casomisurerete una densit media, di valore intermedio fra quella del materiale condensit minore e quella del materiale a densit maggiore.


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Esperienza #15 : La pressione dellaria su di un

giornale


Argomento: Pressione dellaria, attrito di un fluido, fenomeni dipendenti dallavelocit


Un pezzo di compensato di circa 60cmx5cmx3mm. Un foglio di giornale Un tavolo


Leffetto dellaria che sta sopra il giornale quando proviamo a muoverlo velocemente.


Prendere lassicella di legno e metterla sul tavolo facendone sporgere un po menodella met (per esempio 35cm sul tavolo e 25cm fuori).Poi prendere il foglio di giornale e poggiarlo sopra la parte dellassicella che si trova

sul tavolo.Ora dare un colpo secco con la mano allestremit della parte di legno che sporge daltavolo: lassicella si romper in due esattamente nel punto in cui iniziava a poggiarsi sultavolo.


Le dimensioni dellassicella possono essere variate, ma bisogna fare attenzione a nonusarne una troppo grande, questo non un esercizio di karate, pu essere fatto da

tutti; 4 mm di spessore vanno bene, se si aumenta comincia ad essere un po troppomassiccia. Anche la larghezza pu essere aumentata. Se variando le dimensionilesperimento non venisse, o in ogni caso se ci fossero problemi, allora si possonomettere due o tre fogli di giornale.

Approfondimento

Come prima cosa osservare quello che succede se poggiamo un dito sullestremitdellassicella e proviamo a spingere lentamente verso il basso. La parte dellassicella

che sta sul tavolo si sollever alzando anche il giornale. Quello che succede chefacendo leva sullassicella spingo il giornale verso lalto, e laria (latmosfera) che stasopra il giornale scivola sotto il giornale senza problemi.


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Quando invece do un colpo secco con la mano, allora il giornale viene spintoviolentemente verso lalto, ma incontra la resistenza dellaria che, a causa dellattritofra l'aria ed il giornale, non riesce a spostarsi cos velocemente come sta facendo ilgiornale.Quindi il giornale inizia a muoversi verso lalto, ma sente subito una forza notevole chesi oppone al suo movimento dovuta alla massa daria che si trova subito sopra.

Questa forza sufficiente a tenerlo fermo per un breve istante, durante il qualelassicella si spezza.Il fenomeno pu essere osservato solo se la botta che diamo allassicella abbastanzaveloce, cio se il giornale costretto a muoversi velocemente.


Provare cosa succede cambiando le dimensioni dellassicella, il numero di fogli e/olarea del giornale utilizzato.


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Esperienza #16 : Due tavoli


Argomento: Illusioni ottiche, il cervello interpreta quello che vediamo.


Il disegno dei due tavoli


Come il nostro cervello interpreta, utilizzando le esperienze passate, quello chevediamo.


Guardare il disegno dei due tavoli e dire quale il pi lungo:

Viene naturale dire quello di sinistra. Ma se prendete un righello potete controllareche i due tavoli sono assolutamente identici.


Nessuna. Se si vuole controllare meglio, si pu sovrapporre alla figura un foglio diplastica trasparente (acetato per trasparenze) e disegnare il contorno del piano di unodei tavoli. Poi spostando la plastica si pu far sovrapporre il disegno al secondo tavolo,controllando cos che i due parallelogrammi sono identici.


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Approfondimento

Quello che succede unindicazione del lavoro di interpretazione fatto dal cervellosu quello che il nostro occhio registra.In questo caso noi abbiamo due tavoli uguali, disegnati male, cio senza seguire le

regole della prospettiva. Inoltre il tavolo di sinistra ha il lato lungo che si allontana danoi (nel disegno). Quindi il nostro cervello presume di trovarsi di fronte ad un oggettoreale, oppure ad un disegno corretto di un oggetto reale, ed applica le leggi dellaprospettiva, allungandolo pi di quanto dovuto.E un po la stessa cosa di quello che succede quando vedete una strada lunga di fronte

a voi: voi vedete, o fotografate, una strada che man mano che si allontana da voi sirestringe, diventando sempre pi piccola. Ma nessuno pensa che la strada diventi pistretta. Il vostro cervello oramai abituato a compensare per questo effetto, e voisapete bene che la strada continua ad avere la stessa larghezza.

La cosa particolare che questo inganno del cervello cos connaturato in voi che,anche dopo aver controllato che i due tavoli sono uguali, voi continuate a vedere pilungo quello di sinistra.


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Esperienza #17 : Un palloncino sul phon


Argomento: equilibrio di un corpo in un fluido, fluidi reali


Un palloncino gonfiato poco (10-15 cm) Un phon


Come il getto daria del phon mantiene il palloncino sospeso sopra di esso.


Accendere il phon a mezza forza e tenerlo fermo con il getto daria rivolto versolalto.Prendere il palloncino e poggiarlo delicatamente nel mezzo del flusso di aria sopra ilphon.Si vedr che il palloncino si metter in una posizione di equilibrio, pi in alto o pi in

basso del punto in cui lavevate lasciato, e ci rimarr stabilmente.


Se il palloncino fosse troppo leggero, cio se vola via, vuol dire che il getto daria troppo forte. In tal caso ridurre il getto daria, se non fosse possibile provare adaumentare la massa del palloncino inserendo un po dacqua (circa mezzo cucchiaino)dentro di esso prima di gonfiarlo.

Approfondimento

Il palloncino rimane in equilibrio per due ragioni: la prima semplicemente la forzagenerata dal flusso daria diretto verso lalto. Il flusso daria pi forte alluscitadel phon e diminuisce di intensit man mano che ci si allontana dalla bocca del phon. Cisar un punto in cui la forza esercitata dal flusso daria uguale alla forza di gravitche si esercita sul palloncino. In questa posizione il palloncino potr stare in equilibrio.Tuttavia questo potrebbe essere un punto di equilibrio instabile, per spostamentilaterali. Invece si pu vedere che se diamo delle piccole botte al palloncino, questo si

sposta dalla posizione di equilibrio, ma tende poi a ritornare verso il centro del gettodaria, rimanendo sempre in equilibrio.Questo vuol dire che c un secondo effetto che mantiene il palloncino in posizione: sitratta delleffetto combinato del principio di Bernouilli e delleffetto Coanda. Quello


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che succede che laria che esce dal phon crea una specie di guscio intorno alpalloncino dandogli un ulteriore supporto. Possiamo accorgerci di questo effetto anchespostando il getto di aria del phon dalla posizione verticale, inclinandolo lateralmente.Si pu vedere come, per angoli non troppo grandi, il palloncino continua a restaresospeso nel mezzo del getto di aria, anche se ora si trova fuori dalla verticaleinnalzata dalla bocca del phon.


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Esperienza #18 : Una barca nel lago


Argomento: Legge di Archimede, gedanken experiment.


Un contenitore rettangolare, tipo vasca per i pesci Una barchetta che possa galleggiare Un pezzo di metallo pesante da mettere nella barchetta


Pensare un gedanken experiment (vedi la spiegazione alla fine). Poi verificarlo.In questo caso si tratta di una applicazione della legge di Archimede.

Pensare lesperimentoSupponiamo di essere su di una barca che sta galleggiando in mezzo ad un lago.Supponiamo inoltre di avere in mano, o poggiato sul fondo della barca, un grosso sasso.In queste condizioni lacqua del lago arriver ad un certo livello (misurato per esempioinfilando un paletto nel fondo vicino alla riva, e segnando sul paletto il livellodellacqua). Ora prendo il sasso e lo getto nel lago, se suppongo che il sasso abbia una

densit maggiore di quella dellacqua affonder e si pogger sul fondo. Cosa succede allivello dellacqua? Aumenta, diminuisce o resta uguale?Qui si pu vedere cosa vuol dire fare un gedanken experiment: il livello del lagomolto difficilmente sarebbe misurabile con precisione, ci saranno onde e perturbazionivarie, ed in ogni caso la variazione di livello che dovrei osservare facendolesperimento sarebbe probabilmente piccolissima, non misurabile. Quindilesperimento, come lho descritto, non realizzabile nella realt. Ma sicuramentepensabile, ed il risultato deve essere chiaro e non ambiguo.Quello che succede che il livello dellacqua si abbassa. Vediamo perch.

Partiamo con la barca nellacqua ed io dentro la barca, senza sasso. Il livello dellacquaarriver ad un certa altezza di riferimento (h0). Poi supponiamo di considerare lasituazione in cui sulla barca ho il sasso. Il sasso sta galleggiando, insieme a me ed allabarca, perch la barca soggetta ad una forza, la spinta di Archimede, checorrisponde allaver spostato una massa dacqua equivalente al peso del corpo (oltre alpeso mio e della stessa barca). Dato che il corpo ha una densit maggiore dellacqua, ilvolume di acqua spostata sar molto maggiore del volume del corpo.Ad esempio se il corpo avesse il volume di 1000 cm3, cio di un litro, e se fosse fattodi Rame, quindi con densit relativa rispetto allacqua di circa 9, allora il volume di

acqua spostata sarebbe di 1000 cm3

x 9 = 9000 cm3

= 9 litri.Quindi il livello del lago si deve alzare, rispetto alla quota di partenza. Di quanto?Dipende dalla superficie del lago. Supponiamo per esempio che il lago sia molto piccolo,


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quasi uno stagno, un quadrato di 30 metri di lato. In questo caso, usando i numeridellesempio precedente, il livello si alzerebbe di:h= Volume spostato/superficie del lago= 9000 cm3/900 m2= 9000 cm3/900x104cm2=

10-3cm= 0,01 mm = 1 centesimo di mm! E veramente molto poco, e sarebbe impossibilemisurarlo, ma questo il gioco degli esperimenti ideali. Non importa, limportante capire cosa succede. Vediamo ora cosa succede se butto il sasso nellacqua. Ora il

sasso affonder spostando solo un volume di acqua uguale al suo volume, quindisposter esattamente 1000 cm3 di acqua, una quantit 9 volte inferiore a quellaspostata precedentemente.Quindi il livello dellacqua si abbasser.Questo quello che succede.


Per realizzare lesperimento in casa necessario trovare un recipiente per lacqua ed

una barchetta giocattolo. Per avere una variazione di livello dellacqua apprezzabile adocchio (almeno un centimetro come nellesperimento che avevo mostrato durante latrasmissione) necessario che il recipiente sia il pi possibile vicino ai bordi dellabarca per minimizzare la superficie dellacqua, massimizzando quindi le variazioni dilivello. Come materiale per simulare il sasso meglio usare un materiale il pi densopossibile, sempre per massimizzare la variazione nel livello. Lideale sarebbe il Piombo(supponendo di non disporre di Uranio!!!), altrimenti usate del Rame.In queste condizioni segnando con un pennarello i livelli dellacqua con il pezzo dimetallo nella barca, e con il pezzo di metallo direttamente nellacqua si osserver lavariazione prevista.

Approfondimento

GEDANKEN (dal tedesco) EXPERIMENT = esperimento immaginario.Si tratta di uno dei pi potenti strumenti di esplorazione mentale utilizzato dasempre dagli scienziati. Lidea di pensare cosa avverrebbe nel caso venisserealizzato un esperimento in condizioni ideali. Un classico esempio quello della

caduta dei gravi descritta da Galileo. Galileo affermava che tutti i gravi sarebberocaduti contemporaneamente se non ci fosse stata la resistenza dellaria. Supporrelassenza dellaria, se ci troviamo sulla terra e siamo immersi nellatmosfera, unaipotesi non vera, ma ci aiuta a provare a capire cosa succederebbe in questacondizione semplificata. E da notare che questa posizione non completamenteassurda, solo approssimativa, ma in alcuni casi (per esempio se faccio cadere i graviin un recipiente sotto vuoto) vera.Un altro grande utilizzatore dei gedanken experiment stato Albert Einstein nellasua teoria della Relativit. In questo caso Einstein supponeva di poter disporre di

orologi e di righelli infinitamente precisi, posti in posizioni differenti dello spazio, permisurare la durata di alcuni eventi e le dimensioni di alcuni oggetti. Dalleconsiderazioni su cosa si sarebbe misurato infer alcune delle propriet pi note dellaTeoria della Relativit speciale (contrazione dei tempi, contrazione delle lunghezze).


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Esperienza #19 : Un peso attaccato al filo


Argomento: Tensione di una corda, carico di rottura, inerzia.


Del filo non troppo sottile. Un peso di circa 1 kg Un supporto a cui legare il corpo con il filo


Come la rottura del filo cui appeso il corpo dipende dalla velocit con cui cerco distrapparlo.


Si appenda il corpo ad un supporto resistente (dovr sopportare lo strappo con cuiromper il filo). Si appenda quindi un ulteriore pezzo di filo al corpo lasciandolopendere verso il basso.

Se prendo in mano il pezzo di filo sotto il corpo, posso strapparlo operando in duemodalit differenti.a) Posso tirarlo lentamente, prima con una forza leggera, poi con forza sempremaggiore, fin quando si rompe.b) Posso dare uno strattone violento verso il basso.Quello che dovrebbe succedere che nel caso a) si rompe la parte di filo che staSOPRA il corpo, mentre nel caso b) si rompe il filo che si trova SOTTO il corpo.


Lunico problema nel realizzare questo esperimento quello di trovare un filo dellagiusta dimensione e materiale. E abbastanza ovvio che uno spago troppo grosso non siromper mai, mentre un filo sottile da cucito si romper sempre in posizione casuale.

Approfondimento:

Per spiegare quello che succede necessario avere chiaro il significato di carico di

rottura del filo: il carico di rottura semplicemente la forza minima che devoapplicare al filo perch si rompa. E da notare che questa forza posso pensare diapplicarla appendendo al filo una certa massa m che, a causa della accelerazione digravit g eserciter sul filo la forza f=mg. Questa la ragione per cui invece della


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forza posso parlare semplicemente della massa necessaria a provocare la rottura.Quindi dir che il filo ha un carico di rottura di 1-2....10 kg.Nel nostro caso quello che succede questo, per i due casi esaminati:a) La parte di filo che sta sotto il corpo soggetto alla forza esercitata dalla miamano, che chiamo fm. La parte superiore del filo soggetta alla stessa forza, che sitrasmette attraverso il corpo, ma in pi soggetta anche alla forza peso del corpo

stesso. Quindi la forza esercitata sul pezzo di filo che si trova sopra al corpo sarsempre maggiore di quella esercitata sul tratto sotto il corpo. Quindi si romper primail filo SOPRA il corpo.b) In questo caso la situazione diversa. Infatti quando d uno strattone al filo, laforza trasmessa dalla mia mano deve impiegare un certo tempo a trasmettersi allaparte superiore del filo. O, in altre parole, il corpo ha una certa massa, per cui, per ilprincipio di inerzia, tenderebbe e restare fermo, e inizia a muoversi(impercettibilmente) cio a trasmettere la forza al filo superiore, con un certoritardo, rispetto allistante in cui ho dato lo strattone al filo. Il risultato che la

forza che io applico con la mano, per un brevissimo tempo applicata solo alla parte difilo che si trova sotto il corpo. In questo periodo di tempo il filo, se ho dato unostrattone abbastanza forte e veloce, sente una forza maggiore del suo carico dirottura e si rompe, prima che questa forza arrivi ad essere applicata al tratto di filosuperiore.


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Esperienza #20 : Foglie in una tazza di t


Argomento: Moto di corpuscoli in un fluido, meandri dei fiumi. Albert Einstein


Una tazza con il fondo piatto Del t in foglioline Un cucchiaino da t


Cosa succede se ho delle particelle molto leggere in un fluido che ruota e che poi siferma.


Si riempia la tazza di t con del t avendo l'accortezza di non filtrarlo, lasciandocadere quindi nella tazza un po di foglie di t.Con il cucchiaino si giri il t fin quando tutte le foglioline stanno girando dentro latazza, abbastanza velocemente.

Si tolga il cucchiaino velocemente e si osservi cosa succede alle foglie di t.Si osserver che le foglie, che inizialmente ruotavano tutte a varie altezze e posizioni,iniziano a ruotare portandosi sempre pi vicino al centro della tazza, e quando tutto ilt avr smesso di ruotare avranno formato un piccolo mucchio esattamente al centrodella tazza, sul fondo.


Praticamente nessuno. Non riempire troppo la tazza: se si vuole mettere in movimento

il t con sufficiente velocit, il bordo del liquido si sollever rispetto alla condizione diriposo (per la forza centrifuga), rischiando di uscire dalla tazza.

Approfondimento:

Questo effetto rimasto per molti anni senza spiegazione, bench fosse noto findalla met dell800. Il primo a darne una spiegazione completa stato il grande fisicoAlbert Einstein. Einstein ha mostrato inoltre che questo effetto era lo stesso chedava origine ai meandri dei fiumi. Quindi per una volta non spiegher leffetto con le

mie parole, ma riporter la spiegazione fornita da Albert Einstein nellarticolooriginale pubblicato (in tedesco) nella rivista Die Naturwissenschaften, Vol.14, 223(12.3.1926).


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Inizialmente Einstein parla dei meandri nei fiumi, e del fatto che, bench laffetto siaben noto, tuttavia la loro causa non risulta essere mai stata data. Quindi afferma chetutto deve dipendere da unasimmetria nella velocit del fluido che si muove, ed iniziala sua spiegazione:

...Comincer con un piccolo esperimento che chiunque pu ripetere facilmente.

Immaginate una tazza con il fondo piatto piena di t. Sul fondo ci sono alcunefoglie di t, che stanno l perch sono pi pesanti del liquido che hanno rimpiazzato.Se si fa girare il liquido con un cucchiaio, le foglie ben presto si porteranno nelcentro del fondo della tazza. La spiegazione di questo fenomeno la seguente: larotazione del liquido causa una forza centrifuga che agir su di esso. Questo nondarebbe nessuna variazione nel flusso del liquido se il fluido ruotasse come uncorpo solido. Ma nelle vicinanze delle pareti della tazza il liquido rallentatodallattrito, quindi la velocit angolare con cui ruota minore l che in altri postipi vicino al centro. In particolare, la velocit angolare di rotazione, e quindi la

forza centrifuga, sar minore vicino al fondo che al di sopra. Il risultato di questosar un movimento circolare del liquido del tipo illustrato (vedi la figura) che vaaumentando fin quando, sotto linfluenza dellattrito del fondo, diventa stazionario.Le foglie di t sono portate verso il centro dal movimento circolare e questo unaprova della sua esistenza...

Poi larticolo continua con maggiori dettagli, spiegando fra laltro perch questoeffetto lo stesso che provoca i meandri dei fiumi.

La figura il disegno originale riportato nellarticolo di A. Einstein


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Esperienza #21: Bacchetta in equilibrio su due dita


Argomento: Attrito,

Materiale necessario:Una bacchetta di legno o di metallo del diametro di circa mezzo centimetro lungaalmeno 50 cm.

Cosa si vuole vedere:Come lattrito comanda il movimento della bacchetta sulle nostre dita.

Come eseguire lesperimentoSi prenda la bacchetta e la si metta in equilibrio su due dita (lindice) della nostramano sinistra e destra tenute ben orizzontali.Le dita devono essere poste in posizioni non simmetriche, cio la bacchetta devesporgere pi da una parte che dallaltra (vedi disegno).Se provo ad avvicinare le dita, quello che succede che la bacchetta comincia ascivolare dalla parte pi corta (B nel disegno), poi comincia a scivolare la parte A, poiancora la B, e cos via fin quando le due dita si uniscono esattamente la centro dellabacchetta, che rimane cos in equilibrio senza cadere.

Suggerimenti ed astuzie:Praticamente nessuno. Fare attenzione a mantenere le dita ben orizzontali ed amuoverle delicatamente ma uniformemente fino a toccarsi.

Approfondimento:Quello che succede che la bacchetta sceglie di scivolare sul dito su cui ha minoreattrito. Lattrito dipende dal peso esercitato dalla bacchetta sul dito: se sul ditopoggia un peso minore, allora lattrito sar minore.Nel nostro caso il peso sarebbe lo stesso se le due dita fossero simmetriche rispetto

alla bacchetta, ma dato che non lo sono, su un dito si eserciter un peso maggiore , esullaltro uno minore. Per chiarire la cosa si supponga di avere un dito esattamente alcentro della bacchetta ed uno allestremo. In questo caso il primo dito sente tutto ilpeso della bacchetta, mentre laltro non sente praticamente niente. In generale il pesosar tanto minore quanto minore la parte di bacchetta che sporge fra il dito elestremo pi vicino della bacchetta.Quando avvicino le dita, la bacchetta scivola sul dito pi lontano dal centro, ma cos ildito si avvicina al centro. Quindi quando le due dita saranno simmetriche e continuerad avvicinarle scivoler uno dei due (ora casuale), ma poi sar laltro, e cos via.

Lordine esatto in cui si scivoler sulle dita determinato dal rapporto fra lattritostatico (quello fra la parte di bacchetta ferma ed il dito corrispondente) e lattritodinamico (quello fra la parte di bacchetta che scivola sul dito, ed il dito stesso).


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A

BA

B

BA

A B


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Esperienza #22: Lago attraverso il palloncino.


Argomento: Corpi elastici, molecole lunghe.


Un palloncino gonfiato daria Un sottile spiedino per cucina Del grasso da vuoto (silicone).


Come posso infilare lo spiedino nel palloncino senza farlo scoppiare.


Prendere lo spiedino e spalmarlo con un po di grasso. Fare lo stesso con un punto delpalloncino (unarea di circa 1 cm) e con un punto dalla parte opposta. Poggiare la puntadello spiedino sul palloncino, dove stato ingrassato, ed infilarlo molto delicatamentefacendolo ruotare. Lo spiedino entrer nel palloncino e uscir dallaltra parte senzache il palloncino scoppi.


Invece del grasso da vuoto si pu usare della vasellina o un qualunque grasso nonacquoso, per esempio la crema per le mani. Bisogna essere molto delicati nellinfilare lospiedino, la punta inoltre deve essere ben appuntita, se necessario appuntirlalimandola o passandola sulla carta vetrata. Si pu anche usare un ago, in questo caso tutto molto pi semplice.

Approfondimento:

La gomma del palloncino formata di lunghe molecole che, quando il palloncino vienegonfiato, si allungano, si tendono e rimangono legate fra loro da alcuni pontimolecolari. Se avvicino un normale ago al palloncino, la punta rompe questi ponti, lecatene molecolari non vengono pi tenute insieme ed il palloncino scoppia.Se invece ingrasso la punta ed il palloncino, il grasso aiuta la punta a farsi strada fra iponti molecolari, allargandoli senza romperli, e facendo in ogni caso tenuta negli spazirimasti liberi.


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Esperienza #23: Cromatografia


Argomento: cromatografia, separare un liquido nei suoi componenti chimici


Della carta assorbente (circa 10cm x 5 cm) Un supporto rigido grande quanto la carta assorbente Un pennarello ad acqua nero Un recipiente con un po di acqua


Come riesco a separare sulla carta i vari componenti dellinchiostro nero.

Come eseguire lesperimentoPrendere la carta assorbente e fissarla sul supporto con un po' di scotch in alto. Lacarta assorbente dovr essere messa con il lato pi lungo in verticale. Tracciare con ilpennarello nero una riga che attraversi la carta orizzontalmente a circa due cm dallabase. Immergere la carta assorbente nellacqua per alcuni millimetri, e tenerla cosper 5-10. Dopo un po si vedranno sulla carta delle bande colorate corrispondenti a

tutti i componenti colorati dellinchiostro.


E necessario avere un pennarello ad acqua, in modo che lacqua che sale sulla cartaassorbente possa sciogliere e separare i vari componenti dellinchiostro. Nel caso siavesse un pennarello ad alcol, allora invece dellacqua bisognerebbe usare dellalcol.

Approfondimento:

Il fenomeno osservato quello che ha dato origine alla Cromatografia, uno deglistrumenti pi potenti per lanalisi dei composti chimici. Inventata ai primi del 1900, ilprimo esperimento fu realizzato con del liquido verde ottenuto impastando e diluendola polpa ottenuta triturando delle foglie. Si scopr cos che il verde delle foglie inrealt era composto da vari verdi ognuno essendo un diverso composto chimico.


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Esperienza #26 : Strappare una sottiletta


Argomento: Propagazione delle fratture in strati di materiale, faglie.


Una fetta sottile di formaggio (una sottiletta).


Come si propagano le fratture nella sottiletta quando questa viene sottoposta atrazione.


Praticare due tagli paralleli nella sottiletta. I tagli devono essere lunghi circa 2centimetri, essere distanti circa 1 cm ed essere sfalsati; la fine di uno dei due taglideve trovarsi un po prima dellinizio del secondo taglio.A questo punto prendere la sottiletta con le due mani tenendola per i due lati paralleliai due tagli, e provare a strappare delicatamente la sottiletta. Si vedr che in uno deidue tagli inizia ad aumentare lunghezza del taglio, e che la fessura, propagandosi,

curva verso laltro taglio. Alla fine la sottiletta si sar separata in due parti, con unafrattura che passa per i due tagli iniziali.


Praticamente nessuno. Se non si ha una sottiletta non usare formaggio troppo spesso.Il risultato dellesperimento dipende molto dal tipo di tagli e da come sono disposti.Provarne diversi, anche pi di uno e vedere cosa succede.

Approfondimento:

Quello che si visto un esempio, semplificato, di come si trasmettono le fratturelungo la crosta terrestre. In generale un materiale sottoposto a stress (pressione otensione) tender a rompersi iniziando dai punti in cui preesistevano delle condizionicritiche (fratture o altri stress gi presenti). Una volta iniziata la fessurazione,questa continuer secondo delle linee di frattura che possibile prevederefacilmente se si conosce la struttura del materiale.


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Esperienza #27: Mezza palla da tennis


Argomento: Energia elastica, conservazione dellenergia


Una palla da tennis


Come lenergia elastica immagazzinata nella palla viene usata per farla salire nel campogravitazionale terrestre.


Si prenda una palla da tennis e la si tagli in due, ma non a met. Eseguire il taglio circa1 centimetro a lato della sezione centrale. Prendere quindi la parte pi piccola erovesciarla premendo con le dita sulla parte convessa. La semi-palla dovr starestabilmente con la parte di gomma verso lesterno e la parte pelosa verso linterno.A questo punto sollevare la palla ad unaltezza di circa mezzo metro sopra un tavolo e

lasciarla cadere facendo attenzione che allinizio la concavit (la parte di gomma) siaverso lalto. Se la palla cade esattamente orizzontale, una volta arrivata sul tavolosalter ad unaltezza maggiore del punto da cui era partita.


Fare attenzione a quando si taglia la palla da tennis. E molto dura, la cosa migliore usare un paio di forbici. Segnare con un pennarello la linea del taglio in modo che vengaben dritto. La riuscita dellesperimento dipende molto da quanto grande la parte di

palla tagliata. Anche pochi millimetri di differenza possono non far riuscirelesperimento. Se la mezza palla fosse troppo grande riuscirebbe difficile farlaritornare normale quando urta il tavolo, in questo caso si pu provare a farla cadere dapi in alto. Se fosse troppo piccola, non si riuscirebbe a mantenerla nella posizionerovesciata. E necessario fare un po di prove, magari iniziando con una mezza palla epoi togliendone un pezzetto un po per volta.

Approfondimento:Quello che succede un fenomeno di conversione di energia meccanica. La palla da

tennis non molto elastica, infatti se la facciamo cadere (intera) da una certa altezzasi vedr che non rimbalza molto, arrivando dopo il rimbalzo ad unaltezza molto minoredi quella da cui era partita. Se invece capovolgiamo la mezza palla tagliata, nel fare


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questa operazione (che ci costa un po di fatica) cediamo dellenergia alla palla che laimmagazzina come energia elastica. E come se tendessimo un elastico o una molla.Ma la forma particolare della mezza palla tale che, una volta tutta rovesciata, inuna situazione stabile e non ritorna nelle condizioni iniziali, a differenza di quello chesuccederebbe con un elastico.Quando la mezza palla urta contro il tavolo, lenergia con cui arriva (cinetica)

sufficiente a spostarla dalla situazione stabile, ed a metterla in uno stato in cui puritornare alle condizioni inziali, cio pu cedere lenergia elastica che le avevamo dato.Perci si rivolter usando il tavolo come base per essere catapultata verso lalto.Laltezza a cui arriver dipender quindi da quanta dellenergia elastica che avevamoimmagazzinato dentro la palla si riusciti ad utilizzare di nuovo.


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Esperienza #29: Cannucce di vetro


Argomento: Capillarit


Alcune cannucce di vetro con il foro di diametro differente. In alternativa: vetrini da microscopio + scotch doppia faccia.


Laltezza raggiunta da un liquido che sale per capillarit lungo un condotto sottiledipende dal diametro del condotto, o in generale dalla sua dimensione minore.

Come eseguire lesperimento:Preparare un po di acqua colorata in un piattino, sono sufficienti pochi millimetri diacqua. Prendere le cannucce di vetro e poggiarle verticalmente sul piattino con lacqua.Si vedr che lacqua sale e raggiunge differenti altezze. In particolare raggiungerlaltezza maggiore nella cannuccia con il diametro interno minore.


Pu essere un problema trovare le cannucce di vetro. Cercare nei negozi che vendonoaccessori per chimica o presso le vetrerie. In alternativa si possono usare dei vetriniper microscopio. Sono dei rettangoli di vetro grandi circa 2 cm x 5 cm. Per creare uncondotto molto piccolo si prendano due vetrini. Su uno dei due si mettano due striscedi scotch doppia faccia lungo i lati lunghi, lasciando uno spazio di circa 1 cm al centro.Poi si sovrapponga il secondo vetrino esattamente sopra al primo e si prema bene. Sisar creato cos un rettangolo di vetro con uno spazio molto piccolo (lo spessore delloscotch) lungo il lato verticale. A questo punto sufficiente immergere il lato cortonellacqua per vederla salire. Notare che dato che lo spessore fra i due vetrini non

sar esattamente lo stesso su tutto il vetrino, lacqua salir di pi dove lo spazio fra ivetrini sar minore.

ApprofondimentoNei libri di testo di Fisica si pu trovare la formula che da' laltezza raggiuntadallacqua in funzione della densit del liquido, dellaccelerazione di gravit, deldiametro del foro (nel caso di condotto a sezione circolare), e della tensionesuperficiale. Conoscendo qualcuna di queste grandezze e facendo misure con cannuccedi vario diametro possibile determinare le grandezze ignote.


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Esperienza #31: Il cannone ad aria


Argomento: Moto vorticoso di un fluido


Un tubo di metallo o di cartone aperto agli estremi. Un palloncino di gomma + un elastico Del cartoncino e dello scotch Una candela


Come una turbolenza creata nellaria si trasmette a grandi distanze senza cambiareforma.

Come eseguire lesperimento:Prendere il tubo che pu essere indifferentemente: un cilindro di cartone tipo quelloche sta alla fine dei rotoli di carta per cucina, oppure una lattina per bibite a cui sonostati tolti i fondi con un apriscatole, un contenitore per bottiglieIn uno degli estremi del tubo inserire (dallinterno) un disco di cartone con un foro al

centro grande circa come una moneta da 1-2 Euro.Prendere il palloncino e tagliarne met, con questa met coprire bene laltra estremitdel tubo, tendendo la gomma ben tesa e fissandola con dellelastico introno al tubo. Aquesto punto si accenda la candela poggiandola su di un tavolo e si metta il tubo a circa30-40 cm di distanza dalla candela, poggiandolo su alcuni libri. Il tubo dovr essereposizionato in modo che il foro sia diretto verso la candela ed alla stessa altezza dellafiamma della candela.Dando un colpo secco al centro del diaframma di gomma (il palloncino) la candela sispegner.

Quello che succede che la botta sul diaframma crea una compressione dellariadentro al tubo, che poi esce dal foro in forma di vortici ad anello. Questi vorticiviaggiano nellaria fin quando non si attenuano.

Suggerimenti ed astuzie:Provare vari tubi di diametri e lunghezze differenti fino a trovare quello che funzionameglio. Unaltra variabile il diametro del foro sul cartoncino.Per vedere bene i cerchi di aria che viaggiano dal tubo alla candela si pu riempire il

La Fisica in Casa

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