Laboratorio di Preparazione di Esperienze Didattiche

L EZIONE 6
Laboratorio di Preparazione di
Esperienze Didattiche
Acqua, Aria e Pressione
Oggi discuteremo dei fluidi, acqua e aria in particolare, e di come si comportano le forze nei fluidi.
Abbiamo a che fare tutti i giorni con questi fluidi:
dobbiamo innanzitutto capire che cosa è un fluido,
quindi imparare a vedere quali sono gli effetti delle
forze nei fluidi, introducendo il concetto di pressione. Nella prima parte della lezione, ci concentreremo sulla pressione, la quale descrive la forza applicata per unità di superficie: è importante capire
quindi il ruolo che giocano la forza e la superficie, andandolo ad evidenziare alcune attività che sono particolarmente familiari ai bambini. Successivamente, vedremo quali sono
gli effetti della pressione. In questa scheda sono riportate alcune nozioni fondamentali e
suggerite alcune attività che possono essere proposte ai bambini. Vi invito, in un primo
momento, a discuterle fra voi e a simularle per evidenziarne i punti salienti. Quindi, potete
provare ad elaborare nuove attività o nuovi giochi da proporre.
Fluidi
Partiamo da una situazione reale,
familiare ai bambini, per introdurre
Che cosa è un fluido? Nell’espeil concetto di pressione. Pensiamo di
rienza della vita quotidiana abbiamo
camminare sulla spiaggia, e di guarfamiliarità con il fatto che alcune sodare le orme che lasciamo: le persostanze possono trovarsi in uno stato
ne più pesanti lasciano delle improncui non è possibile attribuire una
te più profonde, quelle più leggere laforma propria. Pensiamo all’acqua in
sciano delle impronte meno marcaun recipiente, ad esempio. Diciamo
te. Potete provare a chiedere ai bamin questi casi che si tratta di un fluibini di riprodurre questa situazione,
do. Per la precisione i fluidi si divise avete a disposizione un giardino
dono in liquidi e aeriformi: i liquidi
con della sabbia. Alternativamente,
non hanno una forma ma hanno un
procuratevi della sabbia e disponetevolume proprio (e.g. l’acqua), vicela in alcune vaschetta: quindi chiedeversa gli aeriformi oltre a non avere
te ai bambini di lasciare delle impronuna forma propria, non hanno neante con le loro dita, la loro mano, o
che un volume proprio, ma tendono
con degli stampini. Quello di cui si
ad occupare tutto quello che hanno a
renderanno subito conto è che il ridisposizione (e.g. un gas o l’aria in un
sultato dipende sia dalla spinta che
palloncino).
esercitano che dalla forma che stan-
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no usando: in altri termini, oggetti
con minore superficie penetrano nella sabbia più facilmente. Accade che
l’effetto dipende dalla forza applicata per unità di superficie: in altri termini, a parità di forza l’effetto è più
marcato se la forza viene applicata ad
una superficie minore. La grandezza
p = F/S, essendo F la forza applicata e S la superficie su cui viene applicata prende il nome di pressione.
Quindi, si può esercitare una maggiore o minore pressione andando a regolare sia la forza applicata che la superficie di appoggio. E’ questo il motivo per cui le persone pesanti lasciano orme più profonde, o il motivo per
cui per camminare sulla neve si usano le racchette: il peso viene distribuito su una superficie maggiore, per
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cui non si affonda. O, ancora, il motivo per cui i tacchi si rompono facilmente: la superficie è talmente piccola che la pressione cui è sottoposto il
tacco è molto grande. O, infine, perché si usa un ago per fare le punture.
Tutto questo dovrebbe chiarire il fatto che forza e pressione sono due
grandezze fisiche diverse: in particolare, mentre la forza si misura in
NEWTON, la pressione si misura in
PASCAL (Pa).
La Pressione nei Fluidi
Se vogliamo applicare una forza
ad un fluido, per spingerlo in qualche modo, sappiamo benissimo che
non ha senso applicare la forza in un
punto, ma serve una superficie su cui
spingere: pensate ad un pistone, ad
esempio. Il fatto è che ad ogni fluido possiamo associare una pressione:
pensate ad un palloncino, esso si gonfia perchè man mano che l’aria entra
aumenta la pressione sulla superficie
del palloncino, la quale si dilata. In
ultima analisi, la pressione di un fluido è legata al moto microscopico delle molecole di cui è fatto, esse vanno
ad urtare contro le pareti che lo contengono, e in seguito a tali urti viene esercitata una pressione. Una proprietà dei fluidi è che in essi la pressione si trasmette invariata a tutti i
punti e in tutte le direzioni (legge di
Pascal).
Palloncino Gonfio
Potete gonfiare o far gonfiare ai
bambini un palloncino, quindi chiudetelo: chiedete ai bambini di deformarlo, di schiacciarlo.Così facen-
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do applicano una pressione, la quale “spinge” il fluido all’interno e, visto che non può variare il volume,
varia la forma del palloncino. Alternativamente, potete collocare il palloncino su una bottiglietta di plastica: fate loro premere la bottiglietta,
in modo che l’aria passi nel palloncino, il quale, quindi, si gonfia. Osserviamo che il palloncino gonfio sente
una pressione interna, dovuta all’aria che esso racchiude, ma anche una
pressione esterna, dovuta all’aria presente nell’ambiente: la sua superficie
è in equilibrio fra queste due pressioni. Se, infatti, provate a bucare la bottiglia la pressione dell’ambiente spinge l’aria del palloncino ad uscire dall’unica strada disponibile: il buco che
avete fatto nella bottiglia e, quindi,
il palloncino si sgonfia. Alternativamente, potete mettere un palloncino
gonfio su una bottiglietta che avete
compresso: il palloncino si sgonfia e
la bottiglietta si gonfia.
Si possono utilizzare vari ausili
per far gonfiare il palloncino, in modo da vedere l’effetto della pressione dell’aria, come ad esempio una
miscela di aceto e bicarbonato.
La Pressione Atmosferica
Per avere idea di quanto sia grande la pressione potete proporre questo semplice esperimento. Procuratevi una siringa, e proponete ai bambini
di muovere lo stantuffo. La pressione atmosferica esercita la stessa pressione sulle due facce dello stantuffo
quando la siringa è aperta, quindi basta applicare una piccola forza per
far muovere lo stantuffo nella direzione desiderata. Utilizzate del pongo, o del nastro adesivo per chiudere la siringa dalla parte dell’alloggiamento per l’ago (o fate usare un di-
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to per chiudere). Proponete ai bambini di tentare di tirare lo stantuffo:
in questo caso lo stantuffo non è più
in equilibrio sotto l’effetto della pressione atmosferica e, pertanto, risulta
molto difficile tirare lo stantuffo: in
questo modo si riesce ad avere l’idea
della forza che la pressione dell’aria
esercita sulla piccola superficie dello
stantuffo.
Il Peso dei fluidi La pressione di
un fluido pesante, come ad esempio
l’aria o l’acqua, cresce con la profondità, secondo la legge di Stevino. Per
vedere gli effetti della legge di Stevino, potete prendere una bottiglia,
e bucarla sul fondo o a diverse altezze: il principio di base è che l’acqua si muove dai punti a pressione
maggiore a quelli a pressione minore. E’ su questo principio, ad esempio, che si basa il fenomeno dei vasi
comunicanti.
La bottiglia senza fondo Capita
spesso di fare fatica a sollevare oggetti per effetto della forza che la pressione atmosferica esercita su di essi.
Potete proporre a tal proposito questo esperimento. Procuratevi una bottiglietta di plastica, e tagliatele il fondo. Vedrete che fate fatica a tirarla su,
tenendo il tappo chiuso, come se la
bottiglia avesse il fondo!
Il Principio di Archimede. Abbiamo già avuto modo di verificare l’effetto del principio di Archimede sulle
misure della forza peso fatte con in
dinamometro: un oggetto, immerso
in un fluido, riceve una spinta diretta
verso l’alto pari al forza peso del fluido spostato. Pertanto, un oggetto in
un fluido è più leggero: in particolare
l’oggetto galleggia se sposta, quando
è immerso, un volume di fluido tale
che la forza peso del fluido spostato è pari alla forza peso dell’oggetto
stesso.
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Appunti e Osservazioni
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