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

3. L’ARIA PESA

Materiale occorrente:

• Due palloncini identici

• Un bastoncino lungo almeno 30 centimetri

• Filo

• Spago

L’esperimento passo a passo:

• 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.

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4. L’ARIA CALDA SALE

Materiale occorrente:

• Cartoncino

• Sorgente di calore (candela, termosifone, stufa, …)

• Asta

• Filo

• Forbici

• Matita

• (Compasso)

L’esperimento passo a passo:

• 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

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5. L’OSSIGENO BRUCIA E SE NE VA

Materiale occorrente:

• Piatto fondo

• Candela

• Barattolo di vetro (più alto della candela)

• Plastilina

• Fiammiferi

L’esperimento passo a passo:

• 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.

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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

L’esperimento passo a passo:

• 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.

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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.

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8. IL MOTORE DEL VENTO

Materiale occorrente:

• Una candela

• Fiammiferi

• Un termometro

L’esperimento passo a passo:

• 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.

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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.

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10. L’ACQUA SE NE VA E POI RITONA

Materiale occorrente:

• Un pentolino

• Un coperchio d'acciaio

• Un fornello

• Acqua

L’esperimento passo a passo:

• 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

Le osservazioni da fare:

• 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.

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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

Le osservazioni da fare:

• 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.

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12. ACQUA SOLIDA

Materiale occorrente:

• Un barattolo di vetro o di plastica con il tappo

• Acqua

• Un congelatore

L’esperimento passo a passo:

• 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

Le osservazioni da fare:

• 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.

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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

Le osservazioni da fare:

• 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.

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Jacko

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze della formazione primaria (Facoltà di Lettere e Filosofia e di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali)
SSD:
Università: Calabria - Unical
A.A.: 2010-2011

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Jacko di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Didattica della Fisica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Calabria - Unical o del prof Agostino Raffaele Giuseppe.

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