Esperimento scientifico: nelle profondità dell’oceano.
Scopo
Dimostrare la legge di Pascal per i fluidi.
Materiali
Cartoni del latte vuoti o bottiglie di plastica nastro isolante uno spiedino o un chiodo lavandino o bacinella acqua colorante (facoltativo).
Note di sicurezza
Finché usiamo ragionevolmente i materiali questa è un’attività molto sicura.
Presentazione
. Questo esperimento può essere presentato in un piccolo gruppo di bambini o nell’intera classe
. mettiamo tutto il materiale necessario sul tavolo
. spieghiamo ai bambini che questo esperimento dimostra la legge di Pascal. È una legge della fisica che ci dice che la pressione esercitata su un fluido viene trasmessa inalterata in ogni punto del fluido e sulla superficie del suo contenitore
. per provarlo pratichiamo dei fori identici disposti uno sotto l’altro lungo una parete del cartone o della bottiglia e copriamo provvisoriamente i fori con del nastro isolante
. teniamo il contenitore in orizzontale, strappiamo il nastro e osserviamo gli zampilli fuoriuscire tutti con la stessa forza
. ora prendiamo un cartone del latte e pratichiamo tre fori, come abbiamo fatto prima. Copriamo provvisoriamente i tre fori con del nastro isolante
. prendiamo un terzo cartone e pratichiamo anche qui tre fori, ma questa volta disposti in diagonale. Copriamo provvisoriamente con del nastro isolante
. riempiamo entrambi i cartoni di acqua (se vogliamo aggiungiamo del colorante)
. chiediamo ai bambini di prevedere cosa accadrà quando rimuoveremo il nastro: i getti saranno tutti lunghi uguali? . strappiamo il nastro isolante dal cartone con i fori allineati. Osserviamo
. strappiamo il nastro dal cartone coi fori in diagonale. Osserviamo
. chiediamo ai bambini di registrare le loro osservazioni e conclusioni.
La legge di Pascal Osservazioni e conclusioni
Quando abbiamo tolto il nastro isolante dal contenitore con i fori allineati in orizzontale, tutti i getti erano della stessa lunghezza perché, secondo la legge di Pascal, la pressione dell’acqua a una data profondità è la stessa in tutte le direzioni. Cosa è successo quando il nastro è stato rimosso dal contenitore con i fori in linea verticale? Dal foro più in basso è fuoriuscito il getto più lungo, perché più profonda è l’acqua, maggiore è la pressione).
L’acqua che fuoriesce dal foro più in basso è soggetta ad una pressione maggiore (ha più acqua/peso su di sè) e viene spinta fuori con molta più forza L’acqua che fuoriesce dal foro superiore è sottoposta a una pressione molto molto più bassa, e il getto è di conseguenza corto e debole. Quando i fori sono disposti in linea verticale, che sia perpendicolare oppure obliqua, i fori più in basso produrranno getti più potenti e quelli più alto getti più deboli.
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.
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/
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.
Science experiments for kids: water turbin. For “hydrostatic pressure” it is meant the pressure that a liquid such as water, exerts when it is at rest. This property is exploited for centuries for the construction of fountains, water clocks, and other machines.
The video shows a very simple model of water turbine:
It was done by hanging at the tap a bottle cut in half, with holes in which are inserted the straws, and it shows how the water generate a rotational movement. As we shall see later, the success of the experiment depends on the accuracy with which distance themselves from the holes and the length and inclination of the straws (if used) which must be as uniform as possible. It is of course also important to hang the bottle as vertical as possible.
Science experiments for kids: water turbine
Other projects:
Here to the bottle only two holes are drilled and are used straws jointed, http://www.overunity.com/
Before proceeding with the actual experiment, we could take a first bottle and drill three holes, one above the other, one near the bottom, one towards the middle and one near the neck.
Filling water bottle will observe that the three jets are different: the lower one is stronger and the jet longer, others are progressively weaker.
The children so will see that the water has a pressure, and that this pressure is greater on the bottom, that is, the water pressure increases with depth of the water. As a result, the lower jet, which has the highest water pressure, splashes out with greater power.
You can also try to block a hole with your finger and see if there are changes in other jets …
That done, you can proceed with the construction of the turbine (following the model of your choice) and with the actual experiment.
The bottle should start the rotational movement spontaneously, but if not happens you can start it with your hand: the child will not be disappointed and still experience how this movement will not stop until there is flowing water in its turbine. By varying the amount of water coming out of the tap, you will also see how varied the speed of rotation.
If the bottle contains too much water, it will be too heavy and probably will rotate more slowly because its shift will require more energy. If the water is too low, the bottle will ensure lighter, but there will be little energy (ie low hydrostatic pressure) to move it.
Science experiments for kids: water turbine
Why?
The water is pushed through the holes by the hydrostatic pressure. Since all the jets protrude in the same direction (that is, from the center towards the outside of the bottle), this means that the bottle is pushed towards the opposite direction and then begins to rotate on itself.
This is the third law of motion by Newton: for every action there is an equal and opposite reaction.
The action of water to gush outside causes an equal reaction in bottle: This experiment demonstrates precisely that the forces act in pairs action-reaction.
The turbines of the hydroelectric power plants work just as well.
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”):
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.
Esperimenti scientifici per bambini – Una semplice fontana. Basta un po’ d’acqua, una cannuccia, e un pezzo di argilla. Chiediamo al bambino di soffiare attraverso la cannuccia più forte che si può, finchè non ha la sensazione che la bottiglia sia piena. Osserviamo lo zampillo…
Esperimenti scientifici per bambini
Una semplice fontana
Variante
Si può ottenere un aumento di pressione all’interno della bottiglia anche attraverso il calore.
Procuriamoci una bottiglia di vetro con tappo a vite, del colorante, una cannuccia, dell’argilla, una ciotola, dell’acqua fredda e una teiera contenente acqua calda, un paio di forbici.
Riscaldiamo l’acqua nella teiera. Togliamo il tappo dalla bottiglia di vetro e riempiamo a metà con acqua fredda che coloreremo a piacere.
Pratichiamo un foro sul tappo, avvitiamolo saldamente, inseriamo la cannuccia in modo che si trovi sotto il livello dell’acqua e sigilliamo con l’argilla tutto intorno al tappo e alla cannuccia.
Con poca argilla facciamo un tappo anche per la cannuccia. Ora poniamo la bottiglia nella ciotola e versiamo esternamente l’acqua della teiera.
Anche in questo caso l’acqua uscirà con uno zampillo, perché l’acqua calda nella ciotola riscalda l’aria nella bottiglia; l’aria riscaldata si espande e occupa più spazio quindi spinge l’acqua verso l’esterno, attraverso la cannuccia.
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Esperimenti scientifici per bambini
Una semplice fontana
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