Esperimenti scientifici per bambini: palloncini a confronto – Lapappadolce

Esperimenti scientifici per bambini: palloncini a confronto

Esperimenti scientifici per bambini: palloncini a confronto.

Materiali
– bombola di elio
– 4 palloncini
– una bottiglia di plastica vuota senza tappo
– un sacchetto di plastica e un elastico (o un sacchetto con chiusura zip)
– una bottiglia di plastica vuota col tappo
– bicarbonato
– aceto
– spago
– forbici
– graffette metalliche
– una bacinella d’acqua (o la vasca da bagno)
– una bilancia.

Perchè alcuni palloncini possono restare sospesi in aria e altri no? Cos’è che li fa sollevare da terra?

Esperimento
– prendiamo il sacchetto di plastica, immergiamolo nell’acqua in modo che si riempia almeno per metà, quindi spremiamo fuori l’aria e chiudiamolo
– chiediamo a un bambino di sollevare il sacchetto fuori dall’acqua e chiediamo: “Come lo senti? Pesante?”

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– chiediamo di immergere di nuovo il sacchetto tenendolo immerso ma senza che tocchi il fondo e chiediamo “Adesso come lo senti? Più pesante o più leggero?”

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– sentiamo il sacchetto più leggero quando è immerso in acqua perchè l’acqua della bacinella che si trova sotto al sacchetto sostiene un po’ del suo peso
– se lasciamo andare il sacchetto, l’acqua della bacinella non basta a tenerlo sollevato, ed esso affonda per la forza di gravità che attira gli oggetti verso il basso. L’acqua della bacinella non sostiene l’acqua del sacchetto.

– prendiamo un palloncino e gonfiamolo d’aria. Il palloncino gonfiato d’aria è circondato da aria, come il sacchetto pieno d’acqua è circondato d’acqua. Anche il palloncino non può essere sostenuto e quindi non può restare sollevato

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– l’acqua però, come abbiamo visto sentendo il sacchetto più leggero quando immerso, può esercitare una forza dal basso verso l’alto che può portare il peso degli oggetti, e può anche tenerli sollevati. Anche l’aria può farlo, come l’acqua.
– facciamo un’altra prova. Prendiamo la bottiglia vuota chiusa col tappo. E’ molto leggera perchè contiene soltanto aria, ma naturalmente l’aria non tiene sospesa la bottiglia
– mettiamo la bottiglia nella bacinella. Cosa succede? Galleggia sulla superficie, perchè l’acqua da sola è in grado di sostenere il suo peso, con la sua forza dal basso verso l’alto che vince sulla forza di gravità. L’aria contenuta nella bottiglia è più leggera dell’acqua della bacinella, quindi l’acqua può sostenerla
– per sentire questa forza proviamo a tenere immersa la bottiglia con le mani: è molto difficile! La forza dell’acqua spinge la bottiglia verso l’alto e noi dobbiamo spingere un bel po’ verso il basso per vincerla

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– prendiamo un palloncino, gonfiamolo con l’elio, chiudiamolo con un nodo e lasciamolo andare
– al palloncino succede la stessa cosa che succede alla bottiglia piena d’aria immersa nell’acqua. L’aria è più pesante e l’elio è più leggero, quindi l’aria solleva l’elio, come l’acqua sostiene l’aria

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– se liberassimo il palloncino con elio, il gas al suo interno è così leggero che salirebbe fino a sparire dalla nostra vista. Fin quando salirebbe? Fino ad allontanarsi tanto dalla terra da incontrare dell’aria leggera  quanto lui. A questo punto si fermerebbe, senza salire né scendere. Si troverebbe in una condizione di equilibrio
– possiamo provare a trovare anche noi questo punto di equilibrio aggiungendo dei pesi al nostro palloncino, fino a trovare il punto in cui non sale né scende
– aggiungiamo al palloncino un pezzetto di spago, che avremo prima pesato, poi fissiamo allo spago una graffetta alla volta
– ad un certo punto o saremo così fortunati da trovare il punto di equilibrio, o dovremo togliere del peso accorciando lo spago

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– ora proviamo a trovare altri modi per rendere un palloncino più leggero dell’aria, e cerchiamo il loro punto di equilibrio
– prendiamo una bottiglia vuota e versiamo in essa del bicarbonato

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– aggiungiamo molto velocemente dell’aceto e fissiamo al collo della bottiglia un palloncino
– il palloncino si riempie di gas e si gonfia sotto i nostri occhi. Di quale gas si tratta? Di anidride carbonica.

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Facciamolo gonfiare finché non raggiunge le stesse dimensioni del palloncino gonfiato con l’elio, quindi chiudiamolo con un nodo e aggiungiamo un pezzo di spago
– vedremo che anche questo palloncino si solleverà in aria, e potremo confrontare la velocità in cui lo fa con quella del palloncino pieno di elio. Inoltre potremo trovare il suo punto di equilibrio, come abbiamo fatto col primo palloncino
– possiamo dire che l’anidride carbonica è più leggera dell’aria, ma è più pesante dell’elio.

Un altro modo molto interessante di dimostrare le differenze di massa tra elio e aria è quello delle bolle di sapone, come mostrato in questo video:

Per comprendere meglio si può visualizzare a bassa velocità: quello che accade è che, siccome l’elio ha una densità minore dell’aria, la massa totale della bolla di sapone diminuisce rispetto alla bolla riempita con aria, e naturalmente le bolle scoppiano sul soffitto e non sul pavimento.

Riferimenti nel web e link utili:

Science superschool una serie di esperimenti con applicazioni matematiche sul principio di Archimede (in inglese)
Education.com gli effetti della temperatura sui gas (in inglese)
How things fly un sito dedicato a tutto ciò che ha a che fare col volo (in inglese)
The homeschool scientist semplici esperimenti coi palloncini gonfiati con elio (in inglese)
Quatr.us ancora esperimenti (in inglese)
Wikipedia sul principio di Archimede (in italiano)
Youtube elio e bolle di sapone
Youtube cosa succede ad un palloncino con elio in automobile (guarda anche qui e qui)
English lakes il viaggio misterioso di un pupazzo e un palloncino a elio (in inglese)
All science fair projects esperimenti coi palloncini a elio (in inglese)
Youtube il palloncino-razzo di Toys from trash