Esperimenti scientifici per bambini – Turbina ad acqua

Esperimenti scientifici per bambini – Turbina ad acqua

Esperimenti scientifici per bambini – Turbina ad acqua: per  pressione idrostatica si intende la pressione che un liquido come l’acqua, esercita quando è a riposo.  Questa proprietà viene sfruttata da secoli per la costruzione di fontane, orologi ad acqua, e altre macchine.

Esperimenti scientifici per bambini – Turbina ad acqua - Il video mostra un semplicissimo modello di turbina ad acqua.

photo credit: http://delightfullearning.blogspot.com/

E’ stato realizzato appendendo al rubinetto una bottiglia tagliata, con dei fori nei quali sono inserite delle cannucce, e mostra come l’acqua generi un movimento di rotazione. Come vedremo meglio poi, la riuscita dell’esperimento dipende dalla precisione con cui si distanziano i fori e la lunghezza e l’inclinazione delle cannucce (se usate) che deve essere il più possibile uniforme. E’ naturalmente importante anche appendere la bottiglia in assetto il più possibile verticale…

Esperimenti scientifici per bambini – Turbina ad acqua - Di seguito altre varianti possibili:

Qui alla bottiglia vengono praticati due soli fori e si usano cannucce snodate, http://www.overunity.com/

Simile al primo progetto, ma con cannucce snodate, http://www.glendale.edu/

Modello realizzato senza cannucce. (Se si opta per questo progetto è importante forare la bottiglia con un chiodo appuntito e non con cutter o forbici, per ottenere fori precisi), di http://www.thetech.org/islamic_science

Variante con un cartone del latte (o del succo di frutta). I quattro fori vanno fatti con precisione, e tutti alla stessa altezza e distanza dallo spigolo. http://www.energyquest.ca.gov

Esperimenti scientifici per bambini – Turbina ad acqua - Ma perchè la bottiglia gira su se stessa?

Prima di procedere con l’esperimento vero e proprio, potremmo prendere una prima bottiglia e praticare tre fori, uno sopra l’altro: uno vicino al fondo, uno verso la metà e uno vicino al collo.

Riempendo d’acqua la bottiglia osserveremo che i tre zampilli sono diversi: quello più in basso è più forte e il getto più lungo, gli altri sono progressivamente più deboli.

I bambini così vedranno che l’acqua ha una pressione, e che questa pressione è maggiore sul fondo, cioè la pressione dell’acqua aumenta con la profondità dell’acqua. Come risultato, il getto inferiore, che ha pressione dell’acqua più alta, schizza fuori con maggiore potenza.

Potete anche provare a bloccare uno dei fori con un dito e vedere se ci sono variazioni negli altri getti…

Fatto questo, si può procedere con la costruzione della turbina (seguendo il modello che preferite) e con l’esperimento vero e proprio.

La bottiglia dovrebbe avviare il movimento rotatorio spontaneamente, ma se non succede potete avviarlo con la mano: il bambino non ne sarà deluso e comunque sperimenterà come questo movimento non si interrompe finchè c’è acqua che scorre nella sua turbina. Variando la quantità dell’acqua che esce dal rubinetto, potrà anche vedere come varia la velocità di rotazione.

Se la bottiglia contiene troppa acqua, sarà anche troppo pesante e probabilmente ruoterà più lentamente perchè il suo spostamento richiederà più energia. Se l’acqua è troppo poca, la bottiglia sarà sì più leggera, ma ci sarà anche poca energia (cioè poca pressione idrostatica) per muoverla.

Esperimenti scientifici per bambini – Turbina ad acqua - Ma perchè gira?

L’acqua viene spinta attraverso i fori dalla pressione idrostatica. Siccome tutti i getti fuoriescono nella stessa direzione (cioè dal centro della bottiglia verso l’esterno), questo fa sì che la bottiglia venga spinta verso la direzione opposta e che quindi cominci a ruotare su se stessa.

Si tratta della terza legge del moto di  Newton: per ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.

L’azione dell’acqua di zampillare all’esterno provoca una reazione uguale nella  bottiglia: questo esperimento dimostra appunto che le forze agiscono in coppia azione-reazione.

Le turbine delle centrali idroelettriche funzionano proprio così.

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