“Saggi illustrati”
ESPERIMENTI SCIENTIFICI PER TUTTA LA FAMIGLIA
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Francesco Laurenzi Laura Patrioli
ESPERIMENTI SCIENTIFICI PER TUTTA LA FAMIGLIA Meteorologia e non solo
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Copertina, disegni e impaginazione: Roberta Procacci Fotolia (pag. 7: © naufalmq; pag. 9: © Felix; 11: © Marek; pag. 13: © crimson; pag. 15: © Aisyaqilumar; pag. 19: © Butch; pag. 25: © fotoru; pag. 27: © psdesign1; pag. 28: © vera7388; pag. 35: © alex.pin; pag. 39: © Andrey Armyagov; pag. 55: © vicspacewalker; pag. 56: © ivan kmit; pag. 77: © Jürgen Fälchle; pag. 83: © byemo; pag. 92: © Daylight Photo; pag. 103: © Nuttika; pag. 111: © alter_photo; pag. 115: © mirkoni; pag. 117: © ktsdesign; pag. 125: © sakura; pag. 127: © Andrii Symonenko; pag. 128: © pikappa51. L’opera riprodotta alle pagine 68-69 è di eventuali ristampe e al riconoscimento dei relativi diritti ai sensi dell’art. 70 della legge n. 633 del 1941 e successive Stampa:
Tutti i diritti riservati. Nessuna parte di questo libro può essere registrata,
ISBN 978-88-8440-979-9
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INTRODUZIONE Eccoci di nuovo insieme! Dopo il successo del primo volume, non potevamo perdere l’occasione di incontrarci ancora per realizzare altri divertenti esperimenti scientifici. Nulla di troppo complicato, basterà che di volta in volta vi procuriate i pochi materiali necessari (dai palloncini alle cannucce, dalle candele alla semplice... acqua del rubinetto) e seguiate attentamente le istruzioni. Alla fine, come per magia – ma non è magia... è scienza –, scoprirete altri interessanti aspetti della meteorologia e delle leggi che presiedono ai fenomeni elettrici, magnetici, fisici, ecc.: scoprirete che un limone può accendere una lampadina, che gli oggetti si elettrizzano anche stando semplicemente vicini, che l’acqua ghiacciandosi aumenta di volume invece che restringersi, che la farina può esplodere, che la luce bianca in realtà è piena di colori e che sulle spalle tutti noi ci portiamo un peso di circa 2900 kg per “colpa” dell’aria! D’altro canto, per non “affaticarci” con troppa scienza tutta insieme, ogni tanto ci riposeremo leggendo le curiosità e le altre notizie che intervallano gli esperimenti. Insomma, anche stavolta abbiamo preparato per voi un appassionante tour guidato – con relative soste relax – nel mondo della meteorologia e della fisica: oltre 50 esperimenti che divertiranno voi e incuriosiranno sicuramente i vostri genitori e i vostri nonni. Scommettiamo? Buona lettura. Francesco Laurenzi e Laura Patrioli
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Esperimento numero 1
CHE TESTA D’UOVO… GALLEGGIANTE!
speso. Anche in natura ci sono cose che stentano a prendere una posiziostanno dall’altra e che letteralmente “galleggiano”. In natura ciò è dovuto
Occorrente per l’esperimento 1) Due grandi bicchieri di vetro trasparenti. 2) Acqua del rubinetto. 4) Un cucchiaino da caffè. 5) Un uovo, crudo. 6) Un cucchiaio grande.
SALE FINO
Riempite d’acqua per tre quarti uno dei due
A
inserite l’uovo. L’uovo non galleggia e va subito a fondo.
B
SALE FINO
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tutto sciolto.
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Prendete l’uovo dal fondo del primo bicchiere e mettetelo
C D
Togliete l’uovo dall’acqua salata e versate nello
lentamente perché non si mescoli con quella salata.
E rubinetto
e sale
Rimettete con delicatezza l’uovo nel bicchiere: noterete che non va a fondo sospeso a metà del bicchiere!
Gli oggetti più leggeri dell’acqua galleggiano su di essa. L’acqua dolce, quella che beviamo, è più leggera dell’acqua salata e quindi le galleggia sopra. L’uovo è più pesante dell’acqua dolce che sposta e quindi nel primo bicchiere va a fondo. È invece meno pesante dell’acqua salata che sposta e perciò in essa galleggia. Quando mettiamo l’acqua dolce su quella salata si formano due strati ben distinti: l’uovo affonda nello strato di acqua dolce, ma galleggia in quello di acqua salata e quindi resta sospeso a metà. Quello che abbiamo sperimentato è lo stesso fenomeno che si ha durante la stagione fredda, quando l’atmosfera è stabile e si assiste alla formazione di nebbie alte e nubi basse, che non vanno né su né giù ma sono sospese a
Spiegazione
quella che si chiama inversione termica. Normalmente più si sale e più fa freddo, in questo caso l’aria che è a contatto con il terreno freddo si raffredda e rimane giù, mentre sopra vi galleggia dell’aria calda; le nuvole di aria di diversa temperatura e quindi di diverso peso.
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Esperimento numero 2
CI FU UN GRAN BOTTO E IL FUOCO SI SPENSE
Uno dei metodi usati per spegnere un piccolo incendio circoscritto è quello di fare un gran rumore intorno ad esso. A volte si usa questo sistema per spegnere un incendio sulla bocca di un pozzo petrolifero. Si fa brillare nulla… è meglio!
Occorrente per l’esperimento 1) Un guanto di gomma per lavare i piatti. 2) Due piccoli elastici. 3) Un paio di forbici. 4) Un tubo di cartone come quelli della carta stagnola o della pellicola trasparente. 5) Una candela. 6) Un accendino.
A
Tagliate dal guanto due pezzi di gomma possibilmente grandi.
elastico
B 8
gomma. In questo modo il tubo è chiuso da due membrane.
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elastico
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C D
Con le forbici fate un piccolo foro su uno dei due pezzi di gomma-membrana. Accendete la candela e mettete il tubo di cartone
Battete ora con un dito sulla membrana posta all’altra
Spiegazione
Il colpo del dito sulla gomma che funge da membrana provoca una vibrazione, un’onda sonora che si propaga nell’aria L’onda trova una via di uscita nel foro praticato sul pezzo di gomma, e lo spostamento
Il fenomeno è lo stesso che avviene all’interno del nostro orecchio. Percepiamo il suono perché l’onda sonora da esso generata si propaga nell’aria e penetra dell’esperimento, vibra trasmettendo il segnale ricevuto al cervello. Le onde sonore si propagano come quelle del mare, e viaggiano nell’aria a velocità elevate: poco più di 1.200 km orari quando la temperatura è di circa 20 gradi e l’umidità non è molto elevata.
lastico
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Esperimento numero 3
UN PAIO DI IMBUTI PER RACCOGLIERE I SUONI
era già possibile. E il tutto in maniera nemmeno troppo complicata.
Occorrente per l’esperimento 1) Due imbuti di medie dimensioni (circa dieci centimetri di diametro).
N AD ASTR ES O IV O
giardino o in terrazzo. 3) Nastro adesivo. 4) Un paio di forbici. 5) Un amico, oppure mamma, papà o un nonno con cui condividere l’esperimento. N AD ASTR ES O IV O
A
i due imbuti alle estremità del tubo di gomma.
Fate prendere all’amico che vi aiuta una delle due estremità del tubo con l’imbuto attaccato e
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C
chiesto all’amico di parlare a bassa voce nel suo. La sua voce vi giungerà forte togliendo di mezzo l’imbuto: anche se il vostro amico sta nulla.
Spiegazione L’imbuto nel quale si parla raccoglie le onde sonore prodotte dalla voce. Le onde sonore sono convogliate nel tubo e farlo percepire meglio dall’orecchio. Allontanando l’imbuto dall’orecchio, si ha la riprova che il suono, ovvero le onde sonore, viene trasportato nel tubo, infatti quando questo è lontano non si volta, con il comandante che dava ordini servendosi di una sorta di imbuto collegato con un lungo tubo di metallo alla sala macchine? Raccogliere il è mai stato un “problema”.
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Esperimento numero 4
Si dovrebbe sempre avere a portata di mano un estintore nelle abitazioni. L’estintore è uno di quegli oggetti utilissimi nella malaugurata occasione che si sviluppino degli incendi. Sapete cosa contengono gli estintori?
questo caso può essere utile a spegnere il fuoco.
Occorrente per l’esperimento
to na
bo
ar
to na
bo ar
bic
A
bic
1) Un bicchiere di vetro stretto e alto. 2) Acqua del rubinetto. 3) Un cucchiaio da cucina. 4) Bicarbonato di sodio, facilmente reperibile in casa. 5) Aceto non balsamico.
Mettete circa un dito di acqua nel bicchiere e aggiungete un cucchiaio di bicarbonato di sodio.
Unite tre cucchiai di aceto.
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C
Nel bicchiere è avvenuta una reazione chimica che ha portato, tra le altre cose, anche alla formazione di anidride carbonica. In
Spiegazione
brucia perché l’ossigeno contenuto nell’aria fa da combustibile. Se si toglie l’ossigeno che alimenta
spegne. In pratica abbiamo realizzato in piccolo, ma molto in piccolo, un estintore. Anidride carbonica e pianeti: Venere, il cui nome evoca un’ideale di bellezza e di fascino, in realtà è un ambiente tutt’altro che ospitale. La sua atmosfera è per il 95-97 per cento composta di anidride carbonica! Come se non bastasse ci sono anche tracce di 450 gradi… Chissà poi se è così affascinante?
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Esperimento numero 5
IL RITORNO DI FIAMMA
che illumina il nostro cammino.
Occorrente per l’esperimento 1) Una candela alta sei-sette centimetri. 3) Un piattino da caffè. 4) Lievito di birra, facilmente reperibile nei supermercati. 5) Una bottiglietta di acqua ossigenata.
LIEV
ITO
ossigenata
Accendete la candela facendovi aiutare da un
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delicata. Fissate la candela accesa al centro del piattino con l’aiuto di un po’ di cera fusa che avrete fatto prima colare nel piattino stesso.
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Sbriciolate un po’ di lievito di birra intorno alla
C
goccia di acqua ossigenata; in genere le bottigliette di acqua ossigenata hanno un foro piuttosto piccolo sul tappo che può fungere da contagocce.
D
L’acqua ossigenata versata sul lievito produce un liquido schiumoso con bolle
più viva.
Spiegazione
Il liquido schiumoso e le bolle di gas dimostrano che è avvenuta una reazione chimica con formazione di ossigeno. L’ossigeno è fondamentale per alimentare la combustione. Come si toglie ossigeno per renderla più viva e grande se ne deve aggiungere
sapete perché? Perché si aumenta la portata dell’aria e di conseguenza quella dell’ossigeno. Quindi ogni volta amore e dedizione le nostre nonne sedute davanti al fuoco del camino ogni tanto sventolavano l’aria per mantenere il fuoco vivo e scoppiettante.
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scopriamolo insieme
QUANTO SONO ALTE LE NUVOLE? Cirrostrato Cirro Cumulonembo
Cirrocumulo 6 km
Altostrato Altocumulo
Nubi a sviluppo verticale
3 km
Nembostrato
Strato
Cumulo
Stratocumulo
Le nuvole non possono salire più di tanto in quota, hanno cioè un limite alla loro altezza. La sommità delle più alte raggiunge all’equatore i 16 chilometri, mentre sulle zone polari si ferma intorno agli 8 chilometri. Alle medie latitudini, ad esempio in Europa, le più alte raggiungono i 10-12 chilometri. Salgono che contiene la quasi totalità dell’aria, quella in cui avviene la maggior parte dei fenomeni meteorologici e dove, per lo più, l’uomo vive. La troposfera è quindi la “casa” delle nuvole, che 16
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nuvole, poi, non sono un blocco unico. Quando parliamo delle nubi più alte ci riferiamo alla famiglia dei cirri che comprende anche i cirrostrati e i cirrocumuli (le famose “nubi a pecorella”). Hanno uno spessore di qualche centinaio di metri, al massimo un chilometro, e si trovano comprese tra i 6 e i 12 chilometri di altezza. Le nubi medie vanno dai 3 ai 6 può trarre in inganno: sono gli altocumuli e gli altostrati. Le nubi basse sono veramente basse. In pratica, la loro base è a circa 500-1000 metri di altezza, e la loro sommità raggiunge i 2500-3000 metri di quota. Le vedete infatti coprire le cime delle montagne. Le uniche nubi che si della troposfera, 12 chilometri circa, sono i cumulonembi, ossia le nubi temporalesche, veri e propri mostri di energia, di moti turbolenti, di fulmini e saette.
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Esperimento numero 6
Molti chiamano questo esperimento “La mano del fantasma invisibile”. cerchiamo un riparo e stringiamo le spalle alla ricerca di un po’ di calore che viene dal nostro corpo.
Occorrente per l’esperimento 1) Alcuni cubetti di ghiaccio. 2) Un tovagliolo di stoffa. 3) Un batticarne o un martello. 4) Una bottiglia di plastica, vuota e con il tappo.
Mettete i cubetti di ghiaccio nel tovagliolo di stoffa e con il martello o il batticarne frantumateli in pezzi molto piccoli. Fate questo su un tagliere o su un tavolo robusto con l’aiuto di un adulto.
A B
Inserite all’interno della bottiglia di plastica il ghiaccio triturato e chiudetela ermeticamente con il suo tappo. 18
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C
Agitate la bottiglia in modo che il ghiaccio tocchi ben bene le sue pareti e aspettate.
D
Dopo qualche istante la bottiglia si contrae come se si “stringesse nelle spalle” o una mano invisibile la comprimesse.
Il ghiaccio triturato inserito all’interno della bottiglia di plastica “morbida” raffredda piuttosto rapidamente l’aria in essa contenuta. Il raffreddamento determina una diminuzione del volume e un abbassamento della pressione, effetti che non possono essere compensati da altra aria in entrata, visto che la bottiglia è chiusa. L’aria esterna alla bottiglia, meno fredda, ha una pressione superiore a quella interna: la bottiglia si deforma e si schiaccia letteralmente. Questo che abbiamo sperimentato in maniera semplice è un meccanismo fondamentale nel movimento delle masse d’aria. L’aria fredda è più “concentrata”, ha una maggiore densità e quindi occupa meno volume. Il che vuol dire in pratica che è più pesante di quella calda. Quando arriva una massa d’aria fredda trascinata dai venti di tramontana, essa precipita verso il basso perché è più pesante di quella preesistente. In questo caso l’aria più calda viene scalzata via, si solleva e si formano così i nuvoloni. Talvolta i nuvoloni sono tanto imponenti che danno luogo a temporali. Questa volta… sì… sembra quasi che una mano invisibile spinga l’aria, ma neanche in questo caso è colpa di un fantasma.
Spiegazione
un temporale!
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Esperimento numero 7
QUEL GRAN GENIO DI FAHRENHEIT
atti a misurare la temperatura dei corpi. Prima del 1800 i termometri erano i più svariati e le scale termometriche le più assortite. Nel 1800 Celsius inventò una scala termometrica divisa in 100 parti con lo zero della
il mercurio per costruire i termometri si deve a Fahrenheit.
Occorrente per l’esperimento 1) Tre vasetti di vetro, per esempio quelli che contenevano la marmellata, con il tappo. 2) Un cacciavite. 3) Tre tubicini di vetro o di plexiglass, di mezzo centimetro di diametro e lunghi circa venti centimetri. Si possono acquistare in ferramenta. 4) Plastilina o altro sigillante. 5) Acqua, olio di oliva e alcol. 7) Una brocca d’acqua molto calda (fatevi aiutare!).
A
praticate un foro con il cacciavite su ciascuno dei tre tappi. 20
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