Schede tecniche laboratorio "a che densità giochiamo"

ISIS “Oscar Romero”
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X EDIZIONE - ottobre 2012
A CHE DENSITA’ GIOCHIAMO?
AFFONDA O GALLEGGIA?
Schede Tecniche
Laboratorio di
Chimica
Classi 3^M e 3^N Liceo SocioPsicoped. a.s. 2011/’12 - prof.ssa Manara
PREMESSA …. UN PO’ DI TEORIA
LA DENSITA’
Prendiamo alcuni prismi, uguali per forma e dimensioni, ma di materiale diverso: di legno, di alluminio, di
rame, di ottone, di ferro, di plastica, di piombo. Avendo tutti la stessa forma e le stesse dimensioni,i prismi
hanno tutti lo stesso volume. Mettendoli su una bilancia si trova però che hanno massa diversa. Questo
dipende dal fatto che sono fatti di materiali diversi. Però la massa non può essere assunta come
caratteristica che distingue le sei diverse sostanze, perché essa è una grandezza estensiva: se i prismi
avessero un volume doppio, anche la massa sarebbe doppia.
Tuttavia, se dividiamo la massa per il volume troviamo la massa di ogni unità di volume, cioè di ogni cm3 di
quella sostanza. Questa nuova grandezza, corrispondente alla massa dell’unità di volume, prende il nome
di densità e viene indicata con la lettera greca ρ (leggi ro). Essa non è più una grandezza estensiva, in
quanto corrisponde sempre alle stesse dimensioni di un oggetto, pari a 1 cm3: è perciò una grandezza
intensiva.
Quindi la densità di un corpo è il rapporto tra la sua massa e il suo volume: d = m/V. Viene espressa in
Kg/dm3 o in g/cm3 (equivalenti).
Quando si indica la densità di un corpo si deve sempre precisare la
temperatura alla quale la misura è stata effettuata. Mentre infatti, con
l’aumentare della temperatura la massa di un corpo rimane costante, il
suo volume di norma aumenta. La densità sarà perciò in generale tanto
più bassa quanto più cresce la temperatura. La variazione, minima nei
solidi, diviene più significativa nei liquidi. Nei gas, la densità è fortemente
collegata, oltre che alla temperatura, anche alla pressione.
La densità si ricava per i solidi misurando separatamente massa e
volume e poi facendone il rapporto. Per i liquidi è possibile sfruttare il
densimetro (o aerometro), un galleggiante tarato. Poiché la spinta che
riceve dal liquido è, per il principio di Archimede, tanto più grande quanto
più denso è il liquido stesso, dal livello di galleggiamento si può ricavare
la densità del liquido.
L’importanza della densità consiste nel fatto che essa consente di
convertire massa e volume di una sostanza: a partire da una qualsiasi
massa si potrà calcolare il volume occupato o, al contrario, ricavare la
massa di un qualsiasi volume.
Densità di alcuni solidi (a 0°C e 1 atm)
Densità
Nome
(g/cm³)
Alluminio
2.70
Argento
10.49
Ferro
7.96
Ghiaccio
0.92
Legno (densità media)
0.75
Legno di pino bianco
0.35-0.50
Oro
19.3
Ottone
8.44-9.70
Osso
1.7-2.0
Piombo
11.3
Platino
21.37
Rame
8.96
Sughero
0.22-0.26
Vetro
2.4-2.8
Zinco
6.9
Densità di alcuni liquidi (a 0°C e 1 atm)
Nome
Densità (g/cm³)
Acqua
Acqua di mare
Alcool (etilico)
Benzina
Glicerina
Mercurio
Olio d'oliva
Olio di paraffina
1.00
1.025
0.806
0.68
1.261
13.6
0.92
0.8
IL PRINCIPIO DI ARCHIMEDE
Archimede di Siracusa (Siracusa, circa 287 a.C. – 212 a.C.) è stato un matematico, ingegnere, fisico e
inventore. È uno dei massimi scienziati della storia. Si hanno pochi dati certi sulla sua vita. Tutte le fonti
concordano sul fatto che fosse siracusano e che sia stato ucciso durante il sacco di Siracusa del 212 a.C.
Vitruvio racconta che avrebbe iniziato ad occuparsi di idrostatica perché il sovrano Gerone II gli aveva
chiesto di determinare se una corona fosse stata realizzata con oro puro oppure utilizzando all'interno altri
metalli. Egli avrebbe scoperto come risolvere il problema mentre faceva un bagno, notando che
immergendosi nell'acqua provocava un innalzamento del livello del liquido. Questa osservazione l'avrebbe
reso così felice che sarebbe uscito nudo dall'acqua esclamando “héureka!, ho trovato!”. Sui corpi
galleggianti è una delle principali opere di Archimede, nella quale viene fondata la scienza dell' idrostatica.
Se immergiamo un corpo solido in un liquido, il livello del liquido si innalza. Ciò significa che una certa
quantità di liquido viene spostata verso l'alto. Per esempio, se immergiamo un sasso di volume 1000 cm³, il
volume del liquido spostato è esattamente uguale a 1000 cm³. Più grande è il volume del sasso, maggiore
è la quantità di liquido spostata. Archimede trovò una relazione tra il peso del liquido spostato e la spinta
che il corpo riceve verso l'alto. Questa relazione costituisce il principio di Archimede: Un corpo immerso
in un liquido riceve da questo una spinta verso l'alto uguale al peso del liquido che sposta.
Calcolo della spinta di Archimede
Calcoliamo il valore della spinta idrostatica, detta anche
spinta di Archimede:
peso liquido spostato = m liquido ∙ g = d liquido ∙ V liquido ∙ g
(in questa formula e nelle prossime m è la massa, g è
l’accelerazione di gravità, d è la densità).
Al posto del volume di liquido spostato possiamo sostituire
il volume del corpo perché sono uguali:
peso liquido spostato = d liquido ∙ V corpo ∙ g
Applichiamo il principio di Archimede: spinta = peso del
liquido spostato
S = d liquido ∙ V corpo ∙ g
Corpi che affondano e corpi che galleggiano
Su un corpo immerso in un liquido, agiscono due forze, il
peso verso il basso e la spinta di Archimede verso l'alto.
Il peso del corpo è:
P = m ∙ g = d corpo ∙ V corpo ∙ g
la spinta di Archimede
è: S = d liquido ∙ V corpo ∙ g
La Spinta di Archimede dipende quindi dalla natura del
fluido in cui è immerso l’oggetto, dalla sua densità. Anche
l’aria esercita una spinta, ma poiché l’aria ha densità
molto bassa non ce ne accorgiamo.
Ogni corpo immerso in un fluido è quindi sottoposto a due
forze con direzione verticale ma di verso opposto: il peso
del corpo e la spinta di Archimede. Possiamo avere tre
situazioni:
 Se il peso P è maggiore della spinta S, il corpo si
muove verso il basso e affonda. Il peso è maggiore
della spinta quando la densità del corpo è maggiore
della densità del liquido.
 Se P è minore di S il corpo viene spinto verso l'alto
finché emerge. Questa situazione si verifica quando la
densità del corpo è minore di quella del liquido.
 Quando il corpo è parzialmente fuori dal liquido, il
volume della parte immersa diminuisce e quindi
diminuisce la spinta di Archimede. Il corpo continua a
emergere finché si raggiunge l'equilibrio, cioè finché la
spinta diventa uguale al peso.
DENSITA’ DI SOLIDI E LIQUIDI
Spesso assistiamo a fenomeni che riguardano la densità dei materiali, ma il più delle volte senza collegarli
con i corretti principi fisici: le cose stanno così e ci basta. Ci aspettiamo che una nave, anche gigantesca,
galleggi, ma non ci chiediamo come fa. Osserviamo che ci è più facile nuotare nel mare che non in piscina
e … ci limitiamo a lavarci via il sale una volta usciti dal mare, senza sapere che è stato proprio quel po’ di
sale in più a tenerci meglio a galla. Proviamo a riflettere su questi fatti, a porci domande e a trovare le
risposte sperimentando. Alcune domande potrebbero essere: oggetti di uguale volume hanno anche lo
stesso peso? Perché messi in un liquido alcuni galleggiano e altri no? Perché lo stesso oggetto che prima
galleggiava, se cambiato di forma affonda? Cosa succede se cambiamo liquido? E se cambiamo la
temperatura del liquido? Lavorando con il principio di Archimede facciamo esperienze di galleggiamento di
solidi, ma anche di movimento di liquidi, arrivando alla scoperta della densità e dei fattori che possono
influenzarla, come la forma (per i solidi), la temperatura e la concentrazione (per i liquidi).
ESPERIENZE
1. L’acqua esercita una forza: il principio di Archimede
 Esperienza 1a
Materiali: Palline di diversa forma e materiale; becker grande (es. da 500 mL); acqua.
Procedimento
Riempire il becker con acqua (a ¾). Chiedere quali tra le palline mostrate sarà in grado di galleggiare …
mettere la pallina rossa e quella blu nell’acqua: quella più grande galleggia, l’altra va a fondo. Mettere
nell’acqua anche le altre palline. Spiegare che è di questo che ci si occuperà, cioè del perché certi oggetti
affondano e altri galleggiano.
 Esperienza 1b
Materiali: bacinella con acqua; pezzi di legno (di colore bianco) di diverse dimensioni.
Procedimento
Mettere nella bacinella un pezzo di legno. Provare a spingerlo verso il basso. Si sente una resistenza,
perché c’è una forza che spinge l’oggetto in alto. È la spinta di Archimede. Provare con un pezzo più
grande: la resistenza è maggiore perché la spinta di Archimede è tanto più forte quanta più acqua l’oggetto
riesce a spostare.
 Esperienza 1c
Materiale
Un elastico ( o un dinamometro); acqua; un becker grande (es. 500 mL); pezzi di sughero e cilindretto di
metallo; asta con sostegno per dinamometro.
Procedimento
Fissare il dinamometro all’asta di sostegno. Leggere il valore indicato dal dinamometro ( =0). Attaccare al
dinamometro il cilindretto di metallo. Leggere il valore (=80). Se con la mano si solleva il cilindretto si
noterà che il dinamometro torna nella sua condizione di riposo: ora è la mano a sostenere il peso della
cilindretto. Avvicinare l’asta con il dinamometro ad un becker pieno di acqua, in modo che il cilindretto sia a
contatto con l’acqua. Anche ora il dinamometro si accorcerà, e segnerà un valore minore: l’acqua come la
mano sostiene il peso del cilindretto; in particolare si osserverà che l’acqua spinge l’oggetto verso l’alto. La
stessa esperienza può essere ripetuta appendendo al dinamometro oggetti diversi, es. pezzi di sughero. Si
può chiedere ai visitatori di fare previsioni. Insieme si osserva che quando il corpo è immerso nell'acqua il
dinamometro si accorcia sempre, anche se, come nel caso del cilindretto, il corpo non galleggia. In
particolare, si potrà notare che solo se il corpo galleggia, il dinamometro torna nella posizione di riposo: il
peso è completamente bilanciato dalla forza esercitata dal liquido.
Spiegazione
Quando un corpo è immerso in un liquido su di esso si esercita una forza che può essere minore o uguale
al peso del corpo. L'intensità di questa forza, detta spinta di Archimede, è uguale al peso del liquido
spostato dal corpo. Un corpo galleggerà solo se la sua densità è minore o al più uguale a quella dell'acqua.
2. Oggetti di diverso volume o di diverso peso: chi galleggia?
 Esperienza 2a - diverso volume
Materiale: Una vaschetta contenente acqua per circa i ¾ dell’altezza; bilancia; 3 pezzi di legno e 3 pesetti
di metallo: gli oggetti hanno massa 50, 100 e 200 grammi.
Procedimento
Immergere il pezzo di legno da 50g in acqua. Prendere il pesetto di altro materiale ma di uguale peso:
galleggerà anche quello? Immergere oggetti in acqua e osservare.
Spiegazione
Il galleggiamento non dipende dal solo peso. Nella scuola primaria questa esperienza può servire a
superare il preconcetto che l’oggetto con maggior peso va a fondo (il cubo di legno galleggia, il pesetto di
metallo di uguale peso va a fondo).
 Esperienza 2b - diverso peso
Materiale: Una vaschetta contenente acqua per circa i ¾ dell’altezza; bilancia elettronica; due scatoline di
plastica di peso diverso ma dello stesso volume: una delle due scatoline è stata “zavorrata” con pezzi di
metallo e acqua.
Procedimento
Mettere la scatolina “leggera” nell’acqua: galleggia. Senza dire ai visitatori che la seconda scatolina è stata
“zavorrata”, far notare che ha lo stesso volume e poi metterla nell’acqua: galleggia ancora? No! Togliere le
scatoline e far sentire il diverso peso: quella più pesante è andata a fondo.
Spiegazione
Il galleggiamento non dipende dal solo volume. Nella scuola primaria questa esperienza può servire a
superare il preconcetto che l’oggetto con maggior volume va a fondo mentre l’oggetto con minore volume
galleggia.
Quindi il galleggiamento non dipende dal peso o dal volume del corpo, dipende invece dal tipo di materiale
usato: indipendentemente dal peso o dal volume, il legno galleggia, mentre l’ottone, il rame o l’alluminio
affondano, questo perché a parità di volume materiali diversi hanno diversa massa, perciò cambia la
“massa volumica”, cioè il rapporto m/V, la densità. Confrontiamo tre pezzi di legno di massa diversa: quale
ha il volume minore? Quello di massa minore!! Se cresce la massa cresce anche il volume! Pezzi di legno
della stessa massa avranno sempre lo stesso volume e viceversa! Questa è una proprietà dei materiali, si
chiama densità ed è costante per ogni tipo di sostanza o materiale. La densità è il rapporto m/V, perciò per
calcolarla basta misurare la massa e il volume di un oggetto e fare il rapporto tra questi valori.
3. Il galleggiamento … e se cambio liquido?
 Esperienza 3 a
Materiali
Alcool, olio e acqua in tre becker da 250 mL, tre pezzi di candela uguali, una pinza per estrarre i pezzi di
candela dai recipienti.
Procedimento
Immergere un pezzo di candela in acqua, uno in olio e uno in alcool.
La candela in acqua galleggia bene, emergendo quasi per metà, in olio galleggia restando quasi
completamente immersa, nell'alcool affonda.
Spiegazione
Il galleggiamento di un oggetto dipende dal fatto che il liquido in cui è immerso esercita su di esso una
spinta verso l'alto, che contrasta la forza di gravità. A parità di oggetto (la candela), questa spinta è tanto
maggiore quanto maggiore è la densità del liquido. L'alcool è meno denso dell'olio, che a sua volta è meno
denso dell'acqua. Ecco perché la candela galleggia bene nell'acqua, un po' meno nell'olio, affonda in
alcool.
 Esperienza 3b
Materiale: due bekers; acqua; alcol; due cubetti di ghiaccio (magari colorato con coloranti alimentari, per
renderlo più visibile).
Procedimento
Mettere in un beker l’acqua e nell’altro l’alcol. Immergere in ogni liquido un cubetto di ghiaccio e
osservare.
Spiegazione
Il ghiaccio galleggia in acqua e affonda in alcol perché la densità del ghiaccio è minore della densità
dell’acqua ma maggiore di quella dell’alcol. (ricordare gli icebergs).
4. L’uovo che galleggia
 Esperienza 4
Materiale: sale fino; un beker grande (500 mL); un uovo; un cucchiaino; un cucchiaio; acqua.
Procedimento:
Versare circa 300 mL di acqua nel beker e, con l’aiuto di un cucchiaio, immergere delicatamente l’uovo
nell’acqua. L’uovo si appoggia sul fondo del bicchiere. Dopo aver tolto l’uovo dall’acqua, versare in essa
circa 70 g di sale fino e mescolare la soluzione ottenuta per sciogliere tutto il sale. Immergere di nuovo
l’uovo nell’acqua salata. L’uovo galleggia. Dopo aver tolto l’uovo dall’acqua, versare molto lentamente (con
una spruzzetta, contro il bordo interno del beker) altra acqua fino a riempire il beker, quindi immergere
ancora l’uovo. L’uovo resta in sospensione nel liquido.
Spiegazione
Nella prima situazione l’uovo è più denso dell’acqua, quindi affonda perché il suo peso è maggiore della
spinta esercitata dall’acqua. Nel secondo caso, l’uovo galleggia perché se fosse del tutto immerso l’acqua
salata, essendo più densa dell’uovo, gli darebbe una spinta maggiore del suo peso, di conseguenza esso
riesce a galleggiare. Nel terzo caso, l’uovo resta in sospensione perché, essendo la densità della soluzione
uguale a quella dell’uovo, la spinta di Archimede di un volume d’acqua uguale al volume dell’uovo equilibra
il suo peso.
Ecco perché è più facile stare a galla nell’acqua di mare che in piscina.
(Un uovo di gallina non più fresco presenta la bolla d’aria in esso contenuta di dimensioni maggiori di
quella contenuta nell’uovo fresco. Si può sfruttare questo fatto per distinguerli con il seguente esperimento:
un uovo fresco affonda nell’acqua mentre un uovo non fresco galleggia).
Quindi i liquidi hanno densità diverse …. Proviamo a mettere insieme in uno stesso contenitore alcuni
liquidi ……
5. Un cocktail a 5 strati
 Esperienza 5
Materiale: Acqua; olio di oliva; sapone per piatti; alcool etilico;
sciroppo d’acero; coloranti per alimenti; cilindro alto; Pipetta
graduata con aspiratore; 5 contenitori (es. tazze o bicchieri).
Procedimento
Misurare la stessa quantità di ogni liquido in altrettanti contenitori;
colorare acqua e alcool con i coloranti alimentari. Versare nel
cilindro i liquidi secondo questo ordine: sciroppo, sapone, acqua,
olio vegetale e alcool. I liquidi vanno versati lentamente: lo
sciroppo dalla tazza nel centro del cilindro, usando la pipetta
graduata. Gli altri liquidi vanno aggiunti versandoli dalla tazza
lentamente, lungo il bordo del cilindro, magari tenendo
leggermente inclinato il cilindro stesso. Se si mescolano
inizialmente un pochino va bene lo stesso, perché poi si separano
per via della densità. I liquidi utilizzati sono evidenziati nella tabella
accanto, con le loro densità. È evidente che si possono utilizzare in
aggiunta anche altri liquidi, rispettando la densità decrescente,
tenendo però presente che alcuni liquidi vicini con le ore tendono
poi a mescolarsi, perché miscibili.
Materiale
Densità
Alcool etilico
0.79
Petrolio per lume o olio di
0.80
paraffina
Olio per bambini
0.83
Olio di oliva
0.92
Acqua
Sapone per piatti
1.00
1.03
Sciroppo di glucosio
Sciroppo d’acero
1.029 –
1,034
1.33
1.37
Miele
1.42
Latte intero
Sempre per confrontare la densità di liquidi diversi …
6. Densità a confronto: uno strano densimetro
 Esperienza 6
Materiale: due becker piccoli, un contagocce, acqua, olio di oliva colorato di rosso per l’ aggiunta del
colorante Sudan III, etanolo.
Procedimento
1^ Parte
Verificare di avere a disposizione l’olio già colorato, altrimenti prepararlo mescolando all’olio qualche
goccia di colorante Sudan III. Versare dell’acqua in un becker, fino a circa metà altezza; prelevare con il
contagocce un po’ di olio colorato e lasciarne cadere una grossa goccia nel becker. La goccia galleggia o
va a fondo ? La densità dell’olio di oliva è maggiore o minore di quella dell’acqua ?
Versare nel secondo becker dell’alcool e ripetere la prova, lasciandovi cadere una goccia di olio di oliva.
Come si comporta adesso la goccia ? Com’è la sua densità rispetto a quella dell’alcool ?
Si può concludere che l’olio di oliva ha una densità compresa tra quella dell’alcool (0,8 g / cm3) e quella
dell’acqua (1 g / cm3).
2^ Parte
Prendere il becker con alcool e la goccia di olio sul fondo. Aggiungere lentamente con il contagocce
dell’acqua, facendola scorrere lungo le pareti del beker. Man mano si aggiunge acqua osservare come si
comporta la goccia d’olio.
Smettere di aggiungere acqua quando si vede la goccia di olio a metà altezza della soluzione, cioè si trova
in equilibrio con essa. Quanto vale ora la densità della soluzione ?
Mediante l’aggiunta di acqua o alcool si può far muovere la sfera a piacere. Cosa si deve aggiungere per
farla scendere ? Cosa si deve aggiungere per farla salire ? Quale spiegazione scientifica si può dare ?
Quindi il galleggiamento dipende tanto dalla densità del materiale di cui è fatto il corpo quanto dalla densità
del liquido o del fluido in cui è immerso: se la densità del liquido è maggiore della densità del materiale il
corpo galleggia, altrimenti affonda. Consideriamo le tabelle con i valori di densità di alcuni materiali: quali
potranno galleggiare in acqua e quali no? Ma quelli più densi …. affonderanno sempre??
7. Il galleggiamento … e se cambio forma?
 Esperienza 7
Materiale: Una vaschetta piena d'acqua, alcuni pezzi di alluminio, un foglio di alluminio da cucina, una
lattina con due fori piena di acqua, due cannucce, uno schiaccianoci.
Procedimento
L’alluminio galleggia o va a fondo? (si possono confrontare i valori di densità riportati nelle tabelle, tra
acqua e alluminio quest’ultimo è più denso). Si chiede ai visitatori di fare una previsione. Si prova lasciando
cadere i pezzi di alluminio nella bacinella: affonderanno. Si prende il foglio di alluminio e lo dà ad uno o più
visitatori, chiedendo di modellare il foglio affinchè il pezzo di alluminio galleggi. Uno alla volta si immergono
i diversi modelli. Se nessuno dei modelli galleggia, si discute insieme cercando nella vita quotidiana
esempi di oggetti fatti dello stesso materiale che hanno un diverso comportamento in acqua. Ad esempio:
una biglia di vetro o una bottiglia senza tappo affonda, ma una bottiglia di vetro tappata galleggia; un
bullone di ferro affonda, ma una barca di ferro galleggia. Il trucco è dunque quello di modellare l’alluminio
dandogli una forma che contenga un po' d'aria, ad esempio una barchetta, o un fagottino. Si può osservare
che i due oggetti galleggiano in modo diverso: se si spinge la barca sott’acqua affonderà mentre il fagottino
ritorna a galla. (Attenzione alla tensione superficiale dell’acqua, che tiene a galla il foglio di alluminio anche
senza dargli una forma). Alla fine schiacciare il foglio di alluminio con lo schiaccianoci fino a fargli uscire
tutta l’aria e dimostrare che così affonda.
Spiegazione
Una pallina di alluminio ben schiacciata affonda mentre una barchetta o un fagottino (fatto con lo stessa
materiale) pieno d’aria galleggia, cosa è cambiato? In entrambi i casi l’oggetto che galleggia non è fatto
solo di alluminio ma di alluminio + aria (l’aria contenuta nella barca o nel fagottino). In questo modo la sua
densità è minore di quella del solo alluminio, e se si ingloba abbastanza aria la sua densità potrà essere
minore di quella dell'acqua. In questo caso l'oggetto galleggia.
Una nave riesce a galleggiare anche se è di acciaio, perché è un contenitore cavo che contiene molta aria
e la sua densità media è certamente minore di quella dell’acqua. Tuttavia, la nave vuota emerge molto di
più di quando la sua stiva è piena.
Un sommergibile invece è dotato di una camera stagna, che si può riempire con acqua o con aria
compressa, in modo da far variare la sua densità. Insufflando nella camera aria compressa, l’acqua viene
espulsa e il sommergibile sale fino a riemergere. (Si può provare con una lattina, di alluminio, con due fori,
completamente immersa e perciò piena di acqua: soffiando aria con una cannuccia dentro la lattina, questa
emerge, perché l’aria ha spinto fuori l’acqua e la densità della lattina è diminuita).
8. L’arancia che affonda
 Esperienza 8
Materiale: un’arancia (meglio piccola, tipo da spremuta); una vaschetta con acqua; una bilancia (sensibilità
al centesimo di g); un coltello; scottex.
Procedimento
Pesare un’arancia sulla bilancia e annotare il peso. Mettere l’arancia in una vaschetta con acqua. Resterà
immersa solo per metà, quindi un po’ galleggia. Togliere l’arancia dall’acqua, asciugarla e sbucciarla;
rimetterla sulla bilancia e annotare il peso: il peso è diminuito. Rimettere l’arancia nell’acqua: l’arancia
andrà a fondo. Qualcuno potrebbe sostenere che va a fondo perché senza buccia assorbe l’acqua e perciò
pesa di più: quindi togliere l’arancia dall’acqua, tamponarla leggermente con un po’ di scottex e ripesarla.
L’arancia non ha assorbito acqua, eventualmente il peso è aumentato di pochissimo!. Allora perché senza
buccia va a fondo?
Spiegazione
L’aria contenuta nella buccia rende il frutto più leggero permettendone il galleggiamento, proprio come lo
scafo delle navi.
9. L’acqua ha sempre la stessa densità?
 Esperienza 9a -
acqua calda e fredda
Vediamo se l’acqua mantiene la stessa densità quando ha una temperatura diversa; ovvero ci chiediamo
“è più densa l’acqua calda o quella fredda? Cosa succede se aggiungiamo acqua calda all’ acqua fredda?”
Materiale
Un beker grande es. da 3 L; un beker da 300 mL; una beuta da 200 – 300 mL; acqua; colorante
alimentare; spago; piastra riscaldante; termometro digitale.
Procedimento
Riempire il beker da 300 mL con acqua e scaldare sulla piastra. Intanto riempire il beker da 3L con acqua
fredda, per i ¾. Mettere nella beuta alcune gocce di colorante alimentare e versarvi sopra l’acqua calda.
Fissare attorno alla beuta lo spago e calarla lentamente dentro il beker con acqua fredda. Osservare come
l’acqua calda esce dalla beuta e l’acqua fredda vi entra: l’acqua calda, colorata, si porta in alto a formare
uno strato superficiale. Inserire il termometro e misurare la temperatura dello strato superficiale; quindi
calare il termometro verso il fondo, facendo attenzione che non tocchi la beuta: registrare la temperatura.
Quindi, chi sta sopra, l’acqua calda o quella fredda? È più densa l’acqua calda o quella fredda? Se
lasciamo il cilindro a riposo, in modo che l’acqua calda si raffredda e quella fredda si scalda, cosa
succederà?
 Esperienza 9b - acqua dolce e salata
Ci chiediamo se l’aggiunta di sale modifica la densità dell’acqua. È più densa l’acqua salata o l’acqua
“dolce” ?
(L’acqua del rubinetto si dice “dolce” ma non contiene zucchero, contiene semplicemente meno sale
dell’acqua marina, rispettivamente circa 0,5‰ e 35‰ che corrispondono a 0,5 g/L e 35 g /L).
Materiale
Una provetta; due pipette contagocce; acqua; un colorante alimentare; cucchiaino; sale; due beker piccoli.
Procedimento
Mettere in un beker 50 mL di acqua e aggiungere 2 cucchiaini di sale, mescolare. Mettere nell’altro beker
50 mL di acqua e aggiungere qualche goccia di colorante. Con la pipetta mettere 2 – 3 mL di acqua salata
nella provetta. Con l’altra pipetta prelevare l’acqua dolce colorata e aggiungerla delicatamente (1 – 2 mL),
facendo scivolare l’acqua lungo la parete interna della provetta. Attenzione! È importante mettere prima
l’acqua salata!! Osservare chi scende sul fondo e chi galleggia. E’ più densa l’acqua dolce o quella salata?
Nel mare c’è quindi acqua di densità diversa: in certe regioni (es. quelle tropicali) è più calda, e in altre è
più fredda; in certe regioni è meno salata che in altre (es. ai poli). Tra queste regioni si creano delle correnti
di acqua, veri e propri fiumi ... ma in che direzione si muovono?
10. I flussi oceanici
 Esperienza 10
Possiamo in qualche modo simulare i flussi oceanici nel Nord Atlantico utilizzando una vaschetta in vetro riempita
con acqua; una lampada per scaldare l’acqua, cubetti di ghiaccio e dell'inchiostro per colorare l'acqua.
Materiale 1 teglia di vetro con dell'acqua; 1 lampada che emette
energia termica; cubetti di ghiaccio; uno spago; scotch; inchiostro.
Procedimento
Prepariamo la teglia piena di acqua (a ¾ di altezza), appoggiandola
sopra fogli bianchi, anche di scottex, per meglio vedere poi il
fenomeno. Utilizzando una lampada che scalda (una lampadina
standard o un faretto che emette energia termica) possiamo
simulare il Sole sopra un lato della teglia (nella foto il lato sinistro
della teglia). Qui troviamo le latitudini tropicali e l'acqua superficiale
dell'oceano si riscalda. All’estremità destra della teglia simuliamo la
regione artica con la sua acqua ghiacciata. A questo
scopo mettiamo nell'acqua dei cubetti di ghiaccio, bloccandoli con
uno spago teso tra i due bordi e fissato con lo scotch. Dopo aver
acceso la luce e messo il ghiaccio nell'acqua, vedremo che si crea
lentamente una circolazione. Per renderla visibile possiamo mettere
dell’ inchiostro nell' acqua, al centro della vaschetta, distribuendolo
con la pipetta un po’ sul fondo e un po’ più in superficie.
Poco dopo, l'inchiostro si muoverà seguendo la circolazione dell'acqua. In superficie l'acqua si muove dal lato più
caldo (tropici) verso il ghiaccio (oceano artico). Qui, l'acqua diventa più densa e affonda. L'acqua profonda che si
è formata vicino al ghiaccio scorre indietro verso i tropici, sul fondo. Si può osservare che radunando i cubetti di
ghiaccio in un angolo della teglia, il flusso di acqua superficiale devia verso il ghiaccio!
In ultimo, vediamo l’effetto di bolle di gas in un liquido …..
11. Bolle in bottiglia
 Esperienza 11
Materiale:
Una bottiglia di vetro o plastica trasparente da un litro, una tazza da tè di acqua, olio di semi, colorante
alimentare, una compressa effervescente (tipo Alka Seltzer).
Procedimento:
Versare l’acqua nella bottiglia. Utilizzare un misurino o un imbuto per versare lentamente l’olio vegetale
nella bottiglia fino a riempirla quasi completamente. Lasciare riposare finchè acqua e olio non risultino ben
separati tra loro. L’olio resta sopra l’acqua perché è meno denso dell’acqua; inoltre i due liquidi non sono
miscibili (uno è polare l’altro è apolare). Le molecole di acqua si legano tra loro e così quelle dell’olio, ma
olio e acqua non si legano. Aggiungere circa dieci gocce di colorante: le gocce passeranno attraverso l’olio
e andranno a mischiarsi con l’acqua sottostante. È meglio abbondare con il colorante, per rendere il
fenomeno più visibile. Infine inserire nella bottiglia mezza compressa effervescente. Questa andrà sul
fondo, si svilupperanno bolle di gas che, essendo meno denso, saliranno verso la superficie, trascinando
anche un po’ d’acqua colorata: una volta liberato il gas, l’acqua tornerà sul fondo. Per un effetto più
spettacolare, sistemare una luce dietro la bottiglia.
Possibili sviluppi: la temperatura dell’acqua può influenzare la reazione? La dimensione della bottiglia può
condizionare quante bolle sono prodotte?C’è comunque l’effetto se lasciamo il tappo sulla bottiglia?
Le dimensioni della mezza compressa influiscono sul numero delle bolle create? …