Oreste Brondo
L’ora di
Libro-quaderno per le vacanze
aritmetica • geometria
SCIENZE esperimenti di
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Pubblicazione gratuita allegata al testo per le vacanze “L’ora di MAT. 1”
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Introduzione Ai sensi di uno studioso di scienze fatti degni di nota ne capitano tanti, in ogni momento della giornata e in ogni luogo. Dietro ogni semplice fenomeno, se ben osservato, è possibile scoprire i meccanismi e i perchÊ delle cose della natura.
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Essere scienziati significa accorgersi dell’importanza di minimi dettagli, che a prima vista sembrano banali, ma spesso non lo sono affatto. È a partire dall’osservazione approfondita di particolari apparentemente privi di rilevanza, infatti, che hanno avuto origine ipotesi, esperimenti e importanti teorie scientifiche. Gli esperimenti sono un tentativo di riprodurre, in laboratorio, i fatti che accadono normalmente in natura, per poterle osservare e studiare meglio.
In questo piccolo libro ti proponiamo di ripetere una serie di esperimenti, modelli dinamici e costruzioni di strumenti di misura che fanno parte della tradizione scientifica. Tuttavia, prima di dare inizio ai lavori, vogliamo mostrarti una piccola carrellata di “esperimenti naturali”, di cose cioè che accadono normalmente intorno a noi: se ben osservate e interpretate, queste cose hanno il potere di svelarci, in maniera sorprendente, i segreti della scienza, che tanto “segreti” non sono.
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Esperimenti naturali Il cucchiaio nell’acqua Ti sei mai accorto che quando introduci un cucchiaio in un bicchiere pieno d’acqua, la posata appare come se fosse spezzata in corrispondenza del confine tra l’aria e il liquido? Osservando questo fenomeno, gli scienziati hanno capito che la luce, la quale si muove in linea retta, nel passaggio dall’aria ad un liquido trasparente, devia il suo percorso.
Effetti del ventilatore Nelle giornate estive molto calde, per provare un po’ di sollievo dall’afa, si accende il ventilatore. Ti sei mai chiesto perché l’aria messa in movimento, nonostante sia la stessa che ci fa patire il caldo, sembri più fresca?
Il motivo per cui ciò accade è che il nostro corpo produce calore, riscaldando l’aria che gli sta intorno: sulla nostra pelle, pertanto, si forma una sorta di guaina di aria calda (al calore della temperatura dell’aria si aggiunge quello prodotto dalla nostra pelle). Il ventilatore, semplicemente, rimuove questo strato di aria calda, procurandoci transitoriamente una sensazione di fresco.
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Il lampo prima del tuono È facile accorgersi che, durante i temporali, il tuono segue sempre il lampo. Ma pochi sanno che, misurando l’intervallo tra i due fenomeni, si può calcolare con molta precisione la distanza del punto in cui ha avuto luogo il fulmine. Il suono si muove alla velocità di circa 340 metri al secondo. La luce si muove così velocemente (300.000 chilometri al secondo) da poter considerare la sua diffusione istantanea. Se con un cronometro misuri il tempo che intercorre tra un lampo e un tuono, moltiplicando il tempo misurato per la velocità del suono, otterrai la distanza del fulmine. Devi allenarti con le moltiplicazioni e, soprattutto, avere i riflessi pronti.
Volare senza sbattere le ali Ti è mai capitato di vedere un falco o un uccello di grandi dimensioni con le ali aperte immobili, fermo in un punto del cielo? Ancora prima dell’uomo sono stati gli uccelli a sfruttare le proprietà fisiche dell’aria calda. Nelle giornate di sole accade che il suolo o la superficie del mare si riscaldino a tal punto che l’aria che si trova a contatto con essi aumenta improvvisamente di temperatura. L’aria, quando viene riscaldata, diventa più leggera e si muove verso l’alto, come galleggiando su quella più fredda. Gli uccelli hanno imparato a sfruttare questo movimento verso l’alto per mantenersi immobili nel cielo senza fare alcuna fatica.
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Esperimenti facili ASTRONOMIA
L’origine dell’universo Una delle prove che diedero forza alla teoria del Big Bang, secondo la quale l’universo è in continua espansione, fu trovata dall’astronomo Hubble con il suo telescopio. Egli dimostrò scientificamente che tutte le galassie presenti nell’universo si allontanano tra di loro. Ciò che Hubble scoprì può spiegarsi solamente pensando ad un universo che si dilata continuamente, come un gigantesco palloncino. Per far comprendere ai non addetti ai lavori il modo in cui funziona l’universo in espansione, gli astronomi inventarono un piccolo esperimento-modello fatto, per l’appunto, con un palloncino.
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L’universo in un palloncino È utile sapere che... L’universo, secondo la teoria più accreditata, si è originato in seguito alla dilatazione improvvisa di una massa densissima e caldissima di materia, precedentemente concentrata in un punto. Secondo la cosidetta “teoria standard”, la spinta originaria di questa esplosione chiamata “Big Bang” continua ad avere effetti sull’universo anche 15 miliardi di anni dopo.
Cosa serve per fare l’esperimento Un palloncino gonfiabile di colore chiaro. Un pennarello indelebile di colore scuro. Un righello. Come si realizza l’esperimento Gonfia il palloncino senza legarne l’imboccatura, fino ad un quarto della sua massima grandezza. Senza far sgonfiare il palloncino, disegna sulla sua superficie dei dischetti di circa mezzo centimetro di diametro, cercando di mantenere, tra un dischetto e un altro, una distanza di circa 1cm. Misura con il righello le distanze tra i dischetti e i loro diametri e prendine nota. Non è necessario che riempi tutto il palloncino, è sufficiente una zona ristretta.
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Gonfia il palloncino fino alla sua massima possibilità. A questo punto puoi legarne l’imboccatura. Guarda cosa è successo.
Le macchie si sono allontanate tra di loro uniformemente. Prova a verificare misurando le distanze tra i vari dischetti. Misura i diametri: sono cresciuti anche quelli!
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Come interpretare l’esperimento Il palloncino è un modello dell’universo in espansione, come è concepito dalla teoria standard sull’origine (Big Bang). Secondo tale teoria, l’allontanamento delle galassie non avviene rispetto ad un centro di propagazione (cosa che accade in un’esplosione normale dove i materiali si allontanano dal punto in cui è esplosa la carica), ma con lo stesso meccanismo della dilatazione di un palloncino che viene gonfiato.
Come hai potuto vedere, durante l’esperimento, aumentavano non solo le distanze tra i dischetti, ma anche i loro diametri. Secondo una delle articolazioni della teoria standard, attualmente indagata, non sarebbe solo l’universo ad espandersi, ma anche le cose che esso contiene. Le galassie non solo si allontanano tra di loro, ma, secondo questa teoria, si dilatano esse stesse, e così anche il loro contenuto (stelle, pianeti, eventuali abitanti dei pianeti).
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GEOMETRIA Misurare angoli visivi Le immagini di due oggetti che noi vediamo lontani tra di loro formano, incontrandosi nel nostro occhio, un angolo costituito da due linee o raggi di luce, che possiamo immaginare partano dagli oggetti osservati e abbiano come vertice la pupilla del nostro occhio. Possiamo chiamare questo angolo “angolo visivo” e può essere misurato adoperando uno strumento di facile realizzazione.
Il goniometro ottico
È utile sapere che... In quanto osservatori del mondo, ognuno di noi è al centro di una sfera. Immagina che da ognuna delle cose che ti stanno intorno parta un raggio di luce che abbia come punto di arrivo il
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