cielo o per la forma strana di una nuvola? Vi siete mai chiesti da
quali fenomeni fisici dipendano il bello o il brutto tempo? Perché nelle rubriche meteo si parli di “alta” o “bassa pressione”? L’aria ha un peso? E perché quella calda sale, mentre quella fredda scende? Insomma, se almeno una volta vi siete fatti domande del genere, i Piccoli esperimenti in famiglia sono proprio quello che fa per voi! Rivisti e perfezionati in occasione di questa nuova edizione
FRANCESCO LAURENZI LAURA PATRIOLI
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agazzi, vi siete mai meravigliati per un fulmine che saetta nel
del volume, essi vi illustreranno le leggi della fisica che regolano i realizzarli, vi basterà seguire le istruzioni del simpatico meteorologo di “UNO MATTINA IN FAMIGLIA” e della sua co-autrice, attrezzandovi con bottiglie e vasetti di vetro, buste di plastica, palloncini e candele, acqua, olio, bicarbonato di sodio e altri semplici oggetti e ingredienti. Ma attenzione: se l’occorrente per ogni esperimento è quanto di più facile da reperire in casa, il risultato spesso vi sorprenderà, magari dando un esito opposto a quello che vi sareste aspettati! Pronti allora a partire per questo divertente viaggio alla scoperta della meteorologia e della fisica? A parte le bottiglie e i palloncini, avete già a disposizione l’ingrediente più importante per qualunque esperimento scientifico: la vostra curiosità.
Francesco Laurenzi dal 1971 al 1993 ha lavorato presso il servizio
meteorologico dell’Aeronautica militare in qualità di ufficiale del genio. Dai primi anni ’80 ha iniziato a collaborare con giornali, riviste e televisioni, diventando poi un beniamino del pubblico come meteorologo del programma “Uno Mattina in Famiglia” (in onda il sabato e la domenica mattina). La sua rubrica – grazie soprattutto al tono semplice e comunicativo e ai divertenti “esperimentini” con cui il Colonnello spiega i vari fenomeni atmosferici – è diventata negli anni un appuntamento fisso per moltissimi spettatori adulti e bambini. Laura Patrioli ha prestato servizio per circa quarant’anni nella scuola statale di
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ogni ordine e grado, e negli ultimi anni di carriera è stata dirigente scolastico prima a Milano e poi a Roma. Titolare di tre lauree (Filosofia, Psicologia clinica e Lettere), in qualità di esperta dell’apprendimento ha collaborato con il colonnello Laurenzi (suo marito) per avvicinare anche i più giovani ai temi della scienza e della fisica. ISBN 978-88-6692-093-9
Piccoli e s p e r i m e n t i in fa m i g l i a
fenomeni naturali, atmosferici soprattutto, ma non soltanto. Per
FRANCESCO LAURENZI
LAURA PATRIOLI
Disegni di Roberta Procacci
Piccoli esperimenti in famiglia Per scoprire in modo divertente le leggi della fisica e della meteorologia
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“Saggi illustrati�
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Piccoli esperimenti in famiglia Per scoprire in modo divertente le leggi
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Copertina, disegni e impaginazione: Roberta Procacci La foto di Francesco Laurenzi che compare in copertina è di Roberto Guberti; pag. 67 (© Nuttika); pag. 75 (© Fotolia / Kaesler Media); pag. 83 (© Fotolia / DiKiYaqua); pag. 87 (© Fotolia / Gino Santa Maria); pag. 93 (© Fotolia / Mike Mareen); pag. 95 (© Fotolia / Peggy); pag. 97 (© Fotolia / Firewings); pag. 103 (© Fotolia / Kagenmi); pag. 107 (© Fotolia / Sergey Nivens / Benjamin Simeneta); pag. 115 (© Fotolia / Tetastock); pag. 119 (© Fotolia / Olly); pag. 121 (© Fotolia / Ellepistock); pag. 129 (© Fotolia / Klagyvik); pag. 131 (© Fotolia / Travnikovstudio) Stampa: AGL – Pomezia © Gremese International s.r.l.s. – Roma Prima edizione 2016 Seconda edizione 2019 Tutti i diritti riservati. Nessuna parte di questo libro può essere registrata,
ISBN 978-88-6692-093-9
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Introduzione Vi siete mai meravigliati per un fulmine che guizza nel cielo o per la forma strana di una nuvola? Vi siete mai chiesti da quali fenomeni fisici dipendano il bello o il brutto tempo, e perché nelle rubriche meteo si parli di “alta” o “bassa pressione”. L’aria ha un peso? E perché quella calda sale, mentre quella fredda scende? Insomma, se almeno una volta vi siete fatti domande del genere, questo è il libro che fa per voi. Attraverso i facili esperimenti che abbiamo pensato di proporvi, illustreremo le leggi della fisica che regolano molti fenomeni naturali, atmosferici soprattutto, ma non soltanto. Per realizzarli, useremo pochi oggetti o sostanze di uso comune, come bottiglie e vasetti di vetro, buste di plastica, palloncini e candele, acqua, olio e bicarbonato di sodio. Ma attenzione: se gli ingredienti sono semplici, il risultato dell’esperimento spesso vi sorprenderà, magari dando un esito opposto a quello che vi sareste aspettati! Pronti allora a partire per questo divertente viaggio alla scoperta della meteorologia e della fisica? A parte le bottiglie e i palloncini, avete già a disposizione l’ingrediente più importante per qualunque esperimento scientifico: la vostra curiosità. Buona lettura! Francesco Laurenzi e Laura Patrioli
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Esperimento numero 1
Liquidi in equilibrio Quando è che un liquido è in equilibrio? In questo esperimento studiamo la stabilità e l’instabilità dei liquidi.
Occorrente per l’esperimento 1) Due bicchieri trasparenti possibilmente alti e stretti. 2) Olio di semi o di oliva (quello che costa di meno!).
A metà di acqua.
B In questo versate una certa quantità di olio,
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sovrappone all’acqua senza mescolarsi con essa. Nel bicchiere si distinguono benissimo i due strati di liquidi: sotto l’acqua, sopra l’olio. Stabilità
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Ripetete adesso l’esperimento con l’altro aggiungete l’acqua. Già mentre versate l’acqua, vedrete crearsi un’instabilità che porta l’acqua a scendere ripristinerà l’equilibrio: l’acqua scende nel fondo del
I liquidi di densità diversa non si mescolano: l’acqua ha una densità maggiore dell’olio e dunque pesa di più e tende a scendere più in basso. Anche i gas di densità diversa non si mescolano. L’aria fredda è più densa di quella calda e dunque tende a scendere mentre l’aria calda, più leggera, tende a salire. Insomma, si comportano come l’acqua e l’olio del nostro esperimento. Tempo instabile
Instabilità Tempo stabile
IN SOSTANZA... Nella meteorologia si parla di tempo stabile e instabile, ovvero di tempo bello o brutto. Il primo si ha quando l’atmosfera è stabile, ovvero quando l’aria fredda è in prossimità del suolo. Quando l’aria si scalda, diventa più leggera e si solleva (al pari di quello che avviene con l’olio che da sotto l’acqua tende a salire). È in tale rimescolamento che si generano nuvole e piogge.
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Esperimento numero 2
Costruiamo un barometro Il barometro è lo strumento che serve per misurare la pressione atmosferica: con il suo aiuto, possiamo prevedere quando il tempo sarà bello o brutto. La pressione atmosferica non è altro che il peso dell’aria pressione, se diminuisce si avrà una bassa pressione.
Occorrente per l’esperimento 1) Un barattolo di vetro, per esempio uno di quelli che si usano per la marmellata. 2) Un guanto di gomma per lavare i piatti oppure uno di quelli usa e getta. 3) Qualche cannuccia di plastica. 4) Nastro adesivo. 5) Alcuni elastici. 6) Forbici (con le punte rotonde per non farci male). 7) Una bacinella con acqua calda e poi fredda.
A
B
Prendete il barattolo di vetro; togliete il tappo e sostituitelo con una membrana ricavata ritagliando con le forbici una parte del guanto.
Fissate la membrana con alcuni elastici.
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Fissate la cannuccia al centro della membrana di gomma sul vasetto di vetro, bloccandola con del nastro adesivo. 8
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Inserite il barattolo nella bacinella, che avrete prima riempito con acqua calda: vedrete la membrana espandersi leggermente e la cannuccia, che funziona da indicatore, scendere.
D
Acqua calda
E
Ripetete l’esperimento mettendo il barattolo nella stessa vaschetta ma con acqua fredda: la membrana tenderà a ritrarsi e la cannuccia salirà. Acqua fredda
Abbiamo costruito un barometro!
La pressione atmosferica preme con un certo peso sulla membrana che funge da tappo al barattolo, e all’inizio l’indicatore (la cannuccia) segna una Quando il barattolo è immerso nell’acqua calda, l’aria al suo interno si scalda, il suo volume aumenta e la pressione sale. All’esterno, la pressione è inferiore e dunque la Quando il barattolo è immerso nell’acqua fredda, l’aria al suo interno si raffredda, il suo volume diminuisce e con esso la pressione. Fuori, la pressione è maggiore, dunque la membrana tende a ritrarsi e la cannuccia sale.
IL BAROMETRO quello che abbiamo realizzato con mezzi casalinghi è una variante del barometro costruito da Torricelli con il mercurio. Poiché il bello e il cattivo tempo dipendono dall’alta e bassa pressione, è facile spiegare come mai il barometro sia lo strumento principe della meteorologia, quello che ne ha determinato la nascita e permesso lo sviluppo.
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Esperimento numero 3
Il diavoletto di Cartesio Se andate a mangiare le patatine fritte e con esse vi danno quelle piccole bustine con la maionese o il ketchup, non le consumate tutte, tenetene qualcuna da parte: ci saranno utili per un divertente esperimento sul galleggiamento.
Occorrente per l’esperimento 1) Una bottiglia di plastica trasparente, possibilmente morbida, da un litro e mezzo, con relativo tappo. 2) Una bustina di ketchup o di maionese. 3) Un po’ di curiosità e tanta fantasia!
A plastica con l’acqua del rubinetto.
B
bottiglia: la bustina è a galla.
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Chiudete ben bene la bottiglia con il suo tappo.
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Con una certa forza stringete con una mano la bottiglia in modo tale da far salire Mentre stringete la bottiglia la bustina che prima galleggiava va a fondo.
Se non esercitate più la pressione sulla bottiglia, la bustina che era andata a fondo ritorna su. Ripetendo in maniera continua l’esperimento, vedrete la bustina andare su e giù come se fosse spinta da un piccolo diavoletto.
E
Quando stringiamo la bottiglia, l’acqua al suo interno a sua volta preme sulla bustina: l’aria in essa contenuta si comprime, ne aumenta la densità, se ne riduce il volume e quindi, per la legge di Archimede, la bustina affonda. Se rilasciamo la bottiglia, l’aria nella bustina si espande nuovamente, la bustina maggiore e la bustina torna a galleggiare.
A PROPOSITO DEL DIAVOLETTO... Questo esperimento (ma senza le bustine di ketchup!) fu realizzato da Cartesio, 1) La legge di Pascal, si è trasmessa al liquido che a sua volta l’ha trasmessa alla nostra bustina di ketchup o maionese). 2) La legge di Archimede, secondo la quale un corpo immerso in un liquido subisce una spinta dal basso verso l’alto pari al peso del liquido spostato dal corpo.
il ketchup o quando mettevate to es qu tto tu a e Pensavat
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la maionese sulle
patatine fritte?
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FRANCESCO LAURENZI LAURA PATRIOLI
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agazzi, vi siete mai meravigliati per un fulmine che saetta nel
del volume, essi vi illustreranno le leggi della fisica che regolano i realizzarli, vi basterà seguire le istruzioni del simpatico meteorologo di “UNO MATTINA IN FAMIGLIA” e della sua co-autrice, attrezzandovi con bottiglie e vasetti di vetro, buste di plastica, palloncini e candele, acqua, olio, bicarbonato di sodio e altri semplici oggetti e ingredienti. Ma attenzione: se l’occorrente per ogni esperimento è quanto di più facile da reperire in casa, il risultato spesso vi sorprenderà, magari dando un esito opposto a quello che vi sareste aspettati! Pronti allora a partire per questo divertente viaggio alla scoperta della meteorologia e della fisica? A parte le bottiglie e i palloncini, avete già a disposizione l’ingrediente più importante per qualunque esperimento scientifico: la vostra curiosità.
Francesco Laurenzi dal 1971 al 1993 ha lavorato presso il servizio
meteorologico dell’Aeronautica militare in qualità di ufficiale del genio. Dai primi anni ’80 ha iniziato a collaborare con giornali, riviste e televisioni, diventando poi un beniamino del pubblico come meteorologo del programma “Uno Mattina in Famiglia” (in onda il sabato e la domenica mattina). La sua rubrica – grazie soprattutto al tono semplice e comunicativo e ai divertenti “esperimentini” con cui il Colonnello spiega i vari fenomeni atmosferici – è diventata negli anni un appuntamento fisso per moltissimi spettatori adulti e bambini. Laura Patrioli ha prestato servizio per circa quarant’anni nella scuola statale di
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ogni ordine e grado, e negli ultimi anni di carriera è stata dirigente scolastico prima a Milano e poi a Roma. Titolare di tre lauree (Filosofia, Psicologia clinica e Lettere), in qualità di esperta dell’apprendimento ha collaborato con il colonnello Laurenzi (suo marito) per avvicinare anche i più giovani ai temi della scienza e della fisica. ISBN 978-88-6692-093-9
Piccoli e s p e r i m e n t i in fa m i g l i a
fenomeni naturali, atmosferici soprattutto, ma non soltanto. Per
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Piccoli esperimenti in famiglia Per scoprire in modo divertente le leggi della fisica e della meteorologia