Esperimenti scientifici per bambini – Il diavoletto di Cartesio o ludione è uno strumento di misurazione della pressione dei liquidi. Deve il suo nome a Cartesio; in realtà però fu inventato dall’italiano Raffaello Magiotti e descritto per la prima volta nel 1648.
Scopo
Realizzare un diavoletto di Cartesio o ludione, cioè uno strumento di misurazione della pressione dei liquidi.
Età
Dai 5 anni.
Materiali
Una bottiglia di plastica trasparente con tappo da un litro o un litro e mezzo
Un bicchiere
acqua
una cannuccia per bibite
graffette
nastro isolante o nastro adesivo o biadesivo
forbici
un righello.
Note di sicurezza
Insegniamo ai bambini l’uso corretto delle forbici.
Presentazione
. Questo esperimento può essere presentato a un piccolo gruppo di bambini o all’intera classe
. mettiamo tutto il materiale necessario sul tavolo
. spieghiamo ai bambini che questo esperimento mostra che con la variazione della pressione del liquido circostante e la conseguente variazione del volume dell’aria, si modifica anche la massa del diavoletto, che perciò sale o scende a seconda dei casi
. rimuoviamo eventuali etichette presenti sulla bottiglia
. riempiamo completamente la bottiglia con acqua di rubinetto
. per costruire il nostro diavoletto tagliamo dalla cannuccia un pezzo lungo circa 6 cm
. chiudiamo completamente un’estremità del pezzo di cannuccia con nastro isolante o biadesivo. Appendiamo all’altra estremità due graffette
. per testarlo immergiamolo in un bicchiere d’acqua: se galleggia restando in posizione verticale, con le graffette in basso, vuol dire che funziona correttamente
. se il test fallisce, dovremo provare a chiudere meglio l’estremità superiore, o aggiungere o togliere graffette
. inseriamo il diavoletto nella bottiglia piena d’acqua e chiudiamo bene il tappo
. possiamo chiedere ai bambini di dirci cosa succede secondo loro al diavoletto se schiacciamo la bottiglia tra le mani
. schiacciamo con forza la bottiglia tra le mani: vedremo scendere il diavoletto verso il fondo della bottiglia
. rilasciamo la bottiglia e vedremo il diavoletto tornare in alto
. con un po’ di pratica, possiamo far fermare il diavoletto al centro della bottiglia
. chiediamo ai bambini di registrare le loro osservazioni e conclusioni.
Varianti
Funzionano come diavoletti di Cartesio anche:
Sono in commercio diavoletti di Cartesio in vetro soffiato, della lunghezza di circa 3 cm, con un forellino all’estremità inferiore (generalmente la “coda”):
http://www.timstar.co.uk/
una pallina (alluminio, carta, ecc…)
http://en.wikipedia.org/wiki/
le bustine di plastica di ketchup, salsa di soia, maionese e senape (perchè hanno una bolla d’aria al loro interno) :
il cappuccio di una penna col fondo appesantito da un po’ di plastilina:
http://nilgiriteam1.blogspot.com/
pipette e boccette:
http://www.physics.isu.edu/
http://www.members.shaw.ca/
realizzazioni artistiche varie:
http://panda.unm.edu/demos/
una cannuccia e della plastilina:
http://www.abc.net.au/science/
altro:
http://www.grandadscience.com/
Il diavoletto di Cartesio può essere immerso in una bottiglia di plastica riempita quasi completamente di acqua e chiusa col tappo, oppure in un vaso di vetro cilindrico chiuso con una membrana di gomma (ad esempio un vecchio guanto) fissata con un elastico.
Premendo o rilasciando la membrana del vaso, o semplicemente premendo la bottiglia di plastica (come mostrato nei video che seguono) il diavoletto galleggia e affonda.
Osservazioni e conclusioni
Il diavoletto di Cartesio o ludione è uno strumento di misurazione della pressione dei liquidi. Deve il suo nome a Cartesio; in realtà però fu inventato dall’italiano Raffaello Magiotti e descritto per la prima volta nel 1648.
Con la variazione della pressione del liquido circostante e la conseguente variazione del volume dell’aria, si modifica anche la massa del diavoletto, che perciò sale o scende a seconda dei casi.
Se ad esempio la pressione sale, l’aria nel diavoletto rimane compressa: in questo modo il volume dell’aria diminuisce e il liquido affluisce all’interno.
Il peso del diavoletto e dell’aria al suo interno rimane invariato, ma il volume complessivo si riduce, e con esso la spinta verso l’alto. Quando il peso è maggiore della spinta, il diavoletto affonda. Il principio è sfruttato dalle boe oceanografiche.
Questo esperimento mostra dunque la densità dell’acqua rispetto a quella dell’aria.
Tenendo la bottiglia ben tesa, la bolla d’aria all’interno del diavoletto diventa più piccola, cioè più compressa. Lo spazio che era occupato dall’aria viene occupato dall’acqua, che entra nel diavoletto, e questo rende il diavoletto più denso dell’acqua.
Per questo se comprimiamo la bottiglia, il diavoletto affonda.
Quando smettiamo di premere sulla bottiglia, la bolla d’aria aumenta di nuovo di dimensioni spingendo l’acqua fuori dal diavoletto, e facendo risalire il diavoletto verso l’alto.
I liquidi, quindi anche l’acqua, sono incomprimibili, cioè il loro volume è costante.
I gas, quindi anche l’aria l’aria, sono comprimibili.
Quando schiacciamo la bottiglia chiusa, l’acqua non può essere compressa, ma l’aria all’interno del diavoletto può farlo.
