Laboratorio di Fisica
"La FISICA …riciclata"
( come apprendere giocando)
Laboratorio di IDROSTATICA
PRINCIPIO DI PASCAL
La pressione esercitata su una porzione qualsiasi della superficie di un liquido si trasmette in tutte le direzioni con la stessa intensità e sempre perpendicolarmente alla superficie premuta.
LEGGI di STEVINO + PRESSIONE IDROSTATICA
In un liquido in quiete soggetto solo all’azione della gravità, la pressione idrostatica:
Materiale:
Realizzazione:
Si riempie la bottiglia d’acqua e si mette acqua anche nella bacinella, pur senza riempirla.
Si chiude la bottiglia, senza tappo, con un dito e la si rovescia a collo in giù dentro la bacinella in modo che l’imboccatura stessa della bottiglia rimanga sotto il livello dell’acqua della bacinella.
Si toglie il dito e si osserva che esce solo parte dell’acqua contenuta; se si solleva l’imboccatura della bottiglia al di sopra del livello dell’acqua della bacinella, la bottiglia comincia a svuotarsi immediatamente. Si può di nuovo fermare la fuoriuscita riabbassando la bocca della bottiglia al di sotto della superficie dell'acqua.
Ciò si spiega considerando la pressione che l’aria esercita sul "pelo libero" dell’acqua contenuta nella bacinella (circa 1 atm/cm²al livello del mare), premendola verso il basso. Essa è di tale intensità da contrastare il peso dell'acqua contenuta nella bottiglia stessa, e quindi impedendone la fuoriuscita.
Un’ulteriore elaborazione di tale effetto si può realizzare con un contenitore di plastica dotato di tappo (es: contenitori per pellicole fotografiche per macchine fotografiche). Se si fora la base e si riempie il contenitore mentre è immerso, una volta messo il tappo l’acqua non uscirà, anche seil contenitore viene tenuto verticalmente fuori dall'acqua (la pressione esterna dell’aria, che si esercita in ogni direzione, sarà tale da contrastare la caduta dell’acqua per effetto della gravità). Ma se si toglie il tappo, la pressione che l’aria esercita dall’alto verso il basso sulla superficie libera dell'acqua del contenitore ne favorirà l’uscita dai fori. Si possono praticare fori piccoli o anche un unico foro di dimensioni diverse usando contenitori diversi.
(Attenzione all’eventuale …pioggia!)
Materiale:
Realizzazione
Si riscalda il ferro sopra una fonte di calore e finché è ancora caldo si praticano dei fori ( da 3 a 5 ) lungo una linea verticale sul fianco della bottiglia (oppure si possono ottenere premendo con la vite del cavatappi).
(Si chiudono i fori con lo scotch o con il pongo.)
Si mette acqua nella bacinella tanto che vi si possa immergere completamente la bottiglia forata.
(L’acqua può essere colorata con la tempera per ottenere un effetto ancora più vistoso!)
Si lascia riempire la bottiglia.
La si afferra per il collo e, rimanendo sulla bacinella, si osserva l’effetto dell'uscita dell'acqua dai fori (se i fori sono stati chiusi, occorrerà liberarli!) dapprima tenendo la bottiglia orizzontale e poi verticale.
Nel secondo caso si osserverà così che l’acqua che esce dai fori praticati più in alto zampilla ad una distanza inferiore rispetto a quella che esce dai fori più in basso.
Questo fenomeno è spiegato dalla legge di STEVINO che afferma: "in un liquido in quiete, soggetto soltanto all’azione della gravità, la pressione idrostatica è proporzionale alla distanza dello strato considerato dalla superficie libera del liquido.", perciò l'acqua che si trova sul fondo della bottiglia sarà sottoposta ad una pressione maggiore di quella verso la superficie e quindi uscirà con più forza.
Materiale:
Realizzazione
Occorre preventivamente praticare due fori nel tappo metallico delle dimensioni tali da potervi inserire una cannuccia ciascuno. Si inseriscono le cannucce avendo cura che una "peschi" all’interno della bottiglia più dell’altra. Si fissano le cannucce con il materiale plastico in modo che la tenuta sia perfetta e non ci siano possibili fuoriuscite d’aria attraverso i fori. Si versa acqua nella bottiglia fino ad un certo livello, in modo che, una volta fissato il tappo con le cannucce inserite, una peschi nell’acqua e l’altra no. Se si soffia nella cannuccia che non tocca l’acqua, la pressione generata sulla superficie libera tenderà a far risalire l’acqua nell’altra cannuccia e a realizzare uno spruzzo che giungerà tanto più lontano quanto più intenso sarà il soffio! L'importante è sigillare bene il tappo e l'inserzione delle due cannucce in esso, altrimenti 'perde di pressione' e non si otterrà l'effetto voluto.
( La pressione esercitata sulla superficie libera dell’acqua viene distribuita uniformemente in tutte le direzioni e sempre perpendicolarmente alla superficie premuta
= Principio di PASCAL)
Materiale :
Realizzazione
Si tiene il tubo piegato ad U e, inserito l’imbuto ad un’estremità, si versa un po’ d’acqua senza riempirlo completamente.
Pur mantenendo la forma di U, si solleva ora un’estremità, ora l’altra e si osserva il comportamento dell’acqua nel tubo.
E’ facile vedere che il livello nei due rami tende a mantenersi allo stesso livello, indipendentemente dall’altezza a cui si trovano le due estremità e che, se si solleva troppo un’estremità, l’acqua tenderà a zampillare spontaneamente (principio dei vasi comunicanti).
Materiale:
Realizzazione
Si riempie il contenitore maggiore di acqua.
Si inserisce il tubo in tale contenitore in modo che "peschi" nel liquido contenuto.
Si aspira all’estremo libero del tubo, creando una depressione che fa risalire il liquido nel tubo fino all’estremo (è importante che il liquido sia potabile poiché è facile berne qualche sorsata. Volendo rendere l'esperimento più gradevole, si può usare anche una bibita al posto dell'acqua).
Si inserisce velocemente l’estremo libero nel contenitore più piccolo.
Si osserva che il liquido continua a scorrere e a riempire il 2° contenitore finché il livello del liquido nel contenitore maggiore si mantiene ad una quota più elevata rispetto al foro di uscita del tubo nel contenitore minore. Per fermare il flusso occorre o alzare il contenitore più piccolo o chiudere il foro di uscita con un dito!
Ciò è coerente con il principio dei vasi comunicanti.
Materiale :
Realizzazione :
Si ricopre il contenitore del latte con un foglio di carta bianco e si attacca con la colla . Si dipingono finestre, porte e terrazze con i pennarelli, in modo che il contenitore si trasformi in una casa in miniatura.
Si fora il fondo della lattina da bibita e vi si inserisce un’estremità del tubo in plastica, fissandola con il pongo o con il mastice, in modo che sia a tenuta stagna. Si inserisce la cannuccia nell’apertura superiore della lattina in modo che sporga di poco e si piega la parte terminale.
A questo punto si può inserire la lattina nella "casetta" o esternamente con un elastico o internamente (aprendo la "casetta" e inserendo direttamente la lattina all’interno con la piegatura della cannuccia che sporge da una finestra, come un piccolo rubinetto).
Si versa un po’ d’acqua nell’estremo libero del tubo, tenendolo piegato ad U, per cui, per il principio dei vasi comunicanti, quanto la "casetta" si troverà ad una quota inferiore rispetto a quella dell’estremo libero del tubo, quanta più acqua confluirà nella lattina. Se si è abbastanza pratici, si riesce a far zampillare l’acqua dal "rubinetto" e a farla smettere semplicemente alzando la "casetta".
(E’ meglio tenere a disposizione degli stracci per raccogliere l’acqua che "accidentalmente" spruzza a terra!)
Una variante alla singola casetta è costituita da una serie di 'casette' i cui tubi(collegati con opportuni snodi e rubinetti) confluiscono tutti nel 'carico' dell’acquedotto (contenitore di dimensioni maggiori).