Esperimenti scientifici per bambini: perchè dopo un po’ i palloncini a elio si sgonfiano? – Lapappadolce

Esperimenti scientifici per bambini: perchè dopo un po’ i palloncini a elio si sgonfiano?

Esperimenti scientifici per bambini: perchè dopo un po’ i palloncini a elio si sgonfiano?

Probabilmente avrete notato che nel corso di un breve periodo di tempo, i palloncini gonfiati con elio cominciano a perdere la loro capacità di sollevarsi in aria e si sgonfiano.

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Primo esperimento

Con questo esperimento vogliamo misurare quanto i palloncini a elio cambiano nel corso del tempo.

Introduzione
Sappiamo che i palloncini contenenti elio volano perché l’elio è più leggero dell’aria circostante. In altre parole, il peso dell’aria spostata dal pallone è maggiore del peso del palloncino e il gas all’interno, quindi il palloncino sale verso l’alto.
Questa forza, detta forza di Archimede o forza idrostatica, è esattamente data dalla differenza di peso del pallone e del suo contenuto (più eventualmente il peso dello spago legato ad esso), rispetto al peso del volume dell’aria spostata.
Il lattice di cui sono fatti i palloncini è una membrana permeabile, cioè ha molto piccoli fori che permettono gli atomi di elio di sfuggire. L’elio fuoriesce dai palloncini in lattice più velocemente di quanto non avvenga con i palloncini gonfiati con aria, a causa delle piccole dimensioni degli atomi di elio.
Poiché l’elio intrappolato all’interno di un palloncino in lattice sfugge lentamente, il palloncino inizia a scendere. Arriverà poi ad un punto in cui la forza di gravità e la forza idrostatica saranno uguali, ed a questo punto il palloncino si fermerà a mezz’aria, senza salire né scendere: questa situazione è detta “assetto neutro”.

Materiali:
– cucchiaio di metallo
– bilancia digitale con una precisione di almeno 1 g
– metro da sarto
– 1 palloncino in lattice
– bombola di elio
– spago e forbici
– quaderno.

Esecuzione dell’esperimento
– pesiamo il cucchiaio e registriamo i valori sul quaderno

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– gonfiamo il palloncino utilizzando la bombola di elio

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– fissiamo il palloncino al cucchiaio per mezzo dello spago, per zavorrarlo
– pesiamo ora il cucchiaio con il palloncino attaccato ad esso e registriamo i valori sul quaderno

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– col metro misuriamo il diametro del palloncino
– ripetiamo le misurazioni ogni 2 ore, registrando i dati
– analizziamo i dati
– possiamo anche realizzare un grafico mettendo in relazione tempo e peso e tempo e diametro per vedere se il tasso è costante oppure no.

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Secondo esperimento

Ipotesi
Abbassare la pressione dell’aria circostante causerà una fuoriuscita di elio dal palloncino a maggiore velocità.

Introduzione
La diffusione è il passaggio di molecole da una zona ad alta densità verso un’area a densità minore.
In questo esperimento le molecole di elio all’interno del palloncino (che sono ad alta densità molecolare) si spostano all’esterno nello spazio aereo intorno al palloncino.
La pressione dell’aria della stanza in cui è condotto l’esperimento, può essere variata ripetendo l’esperimento in stanze che si trovano a piani diversi in un edificio alto.

Materiale:
– 60 palloncini
– bombola di elio
– metro da sarto
– 60 chiodi per tenere abbassati i palloni
– spago per legare i palloncini
– un edificio alto (almeno 60 piani) possibilmente con stanze climatizzate.

 

Procedura
Per questo esperimento, la variabile indipendente è la pressione dell’aria ambientale.
Per misurare il diametro esterno del palloncino si utilizzano un righello e due tavole di legno.
Le costanti (variabili di controllo) possono essere la temperatura nella stanza, il livello di umidità e il tipo di gas utilizzato per gonfiare i palloncini.
L’esperimento viene condotto in una stanza climatizzata per mantenere una temperatura e umidità costanti. Essa viene eseguita al piano terra, al 30° e al 60° piano di un edificio, al fine di fornire dati provenienti da ambienti con diversa pressione dell’aria in cui sono immersi i palloncini gonfiati con elio.
L’esperimento inizia al piano terra. Si gonfiano con l’elio 20 palloncini. Tutti i palloncini devono avere lo stesso diametro (ad esempio 300 mm). Si legano a un pezzo di spago e si zavorrano con un chiodo.
Il diametro dei palloncini viene misurato una volta ogni 2 ore ed i risultati sono riportati in una tabella.
Lo stesso procedimento viene ripetuto in una stanza al 30° piano ed in una al 60° piano.

Osservazione
Si osserverà che i palloncini al 60 ° piano si riducono in termini di dimensioni e diametro ad un ritmo più veloce rispetto ai palloncini al piano terra. In altre parole, l’elio fuoriesce più rapidamente dai palloncini situati al piano più alto.

 

Conclusione
L’ipotesi si dimostra vera. I piani più alti di un edificio hanno una pressione atmosferica inferiore rispetto a quelli più bassi e quindi una minore densità dell’aria. Questo fa sì che l’elio, che all’interno del palloncino ha una densità maggiore, fugga più rapidamente a causa della diffusione, perchè l’elio è in grado di uscire attraverso i fori microscopici che esistono naturalmente nelle pareti dei palloncini di lattice. Questi piccoli fori sono più grandi degli atomi di elio. È a causa di diffusione che i palloncini si riducono di dimensione nel tempo.

 

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