Progetto la fisica in gioco a.s. 2010/11

FISICA IN GIOCO

Nell’ambito del progetto “Fisica in Gioco” la cui responsabile è la prof.sa Antonella Porri, gli alunni del Liceo Redi hanno realizzato alcune esperienze da mostrare agli studenti delle scuole medie inferiori che hanno visitato la nostra scuola, nei giorni 23/01/2011 e 06/02/2011.

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LABORATORIO DI FISICA PROGETTO CURATO DALLA PROF.SA LOREDANA GARZOLI

Esperienze qualitative illustrate dagli alunni Chini Marco (4°C), Festini Gabriele (4°C), Lapini Matteo (4°C), Menci Pierangelo (3°C).
Video e foto realizzate da Fedele Dario (3°C) e Lucioli Claudia (4°C).

1) CADUTA LIBERA NEL VUOTO: nel vuoto corpi di massa diversa cadono da una stessa altezza contemporaneamente.

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Descrizione dell’esperienza

All'interno del tubo di vetro, chiuso con un rubinetto a una delle due estremità, ci sono una piuma e un piccolo cilindro di piombo (tubo di Newton fig.1). Se all'interno del tubo è presente l'aria si osserva che rovesciandolo il cilindro di piombo cade prima della piuma. Togliendo l’aria dal tubo, tramite la pompa a vuoto (fig.2), si nota che cilindro e piuma cadono contemporaneamente.

fig.1

fig.2

Perché?

Sul corpo in caduta agiscono nella stessa direzione ma con verso opposto la forza peso e la forza d'attrito con l’aria. La piuma, avendo una forma non aerodinamica, è sottoposta ad un attrito maggiore che la rallenta nella caduta rispetto al cilindro.

In assenza di aria l'unica forza che agisce sui corpi è la forza peso, che accelera nello stesso modo tutti i corpi (accelerazione di gravità g=9,8 m/s)

2) EBOLLIZIONE DELL’ACQUA: La temperatura di ebollizione dell’acqua varia con la pressione esterna.

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Descrizione dell’esperienza

Un bicchiere d’acqua a temperatura ambiente (fig.3) viene messo dentro la campana di vetro e diminuendo la pressione dell’aria in essa contenuta tramite la pompa a vuoto (fig.2) l’acqua inizia a bollire a temperatura ambiente.

fig.3

Perché?

L’ebollizione inizia quando la pressione dell’aria al di sopra del bicchiere d’acqua eguaglia la pressione di vapor saturo del vapore contenuto all’interno dell’acqua. Tale pressione di vapore saturo aumenta all’aumentar della temperatura. Diminuendo la pressione esterna, tramite la pompa a vuoto, l’uguaglianza avviene a temperatura ambiente.

Osservazione

Rimettendo l’aria all’interno della campana, l’acqua cessa di bollire perché aumenta la pressione esterna al bicchiere che quindi non è più uguale alla pressione del vapor saturo presente all’interno delle bollicine dell’acqua. In questa fase si osserva anche la formazione di condensa nella parete interna del vetro a causa dell’aumento della pressione dell’aria contenuta nella campana, inoltre, teoricamente dovrebbe avvenire anche una diminuzione della temperatura dell’aria a causa della sua rapida espansione (adiabatica).

3) SPINTA DI ARCHIMEDE NELL’ARIA: due corpi di volume e di peso diverso in equilibrio nell’aria non lo sono più in assenza di aria.

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Descrizione dell’esperienza

I corpi immersi in aria sono in equilibrio, togliendo l’aria, il corpo di massa maggiore (sfera bianca vedi figura 4) va verso il basso.

fig.4

Perché?

Inizialmente i corpi sono sottoposti alla forza peso e alla spinta di Archimede, pari al peso del volume di aria spostata, che quindi è maggiore sul corpo di volume maggiore. Togliendo l’aria, con la pompa a vuoto (fig.2), la spinta di Archimede tende ad annullarsi e l’equilibrio si perde.

4) PROPAGAZIONE DEL SUONO E DELLA LUCE IN PRESENZA E IN ASSENZA DI ARIA: il suono non si propaga in assenza di aria, la luce sì.

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Descrizione dell’esperienza

Dopo aver posto la campana di vetro sopra una campanella accesa, che emette suono e luce, si toglie l’aria all’interno di essa con una pompa a vuoto (fig. 2).

Mano a mano che l’aria all’interno della campana diminuisce, il suono va affievolendosi fino a quando non si sente più ma si continua a vedere la luce. Facendo rientrare l’aria, il suono può nuovamente diffondersi.(fig.5)

fig.5

Perché?

Il suono è un’onda meccanica che si propaga attraverso una successione di compressioni ed espansioni di un mezzo elastico (aria in questo caso), al contrario della luce che è un’onda elettromagnetica e non ha bisogno di un mezzo per propagarsi.

5) ESPERIMENTO DEL PALLONCINO: diminuendo la pressione esterna il palloncino si gonfia.

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Descrizione dell’esperienza

Un palloncino chiuso con all’interno un po’ d’aria è posto nella campana di vetro (fig.6) poi attraverso la pompa a vuoto si toglie l’aria dalla campana. Mano a mano che si riduce la quantità di aria, il palloncino si gonfia e, se non spegnesse la pompa a vuoto il palloncino arriverebbe a scoppiare, ma attenzione per quanto è già stato detto niente “pum” nel vuoto.

fig.6

Perché?

Inizialmente sul palloncino agiscono due tipi di pressione: quella interna che è data dagli urti delle molecole che compongono l’aria contro la parete del palloncino e quella esterna che è dovuta alla colonna d’aria che lo sovrasta. Inizialmente il palloncino non subisce deformazioni in quanto la pressione esterna e interna si equivalgono, ma togliendo l’aria dalla campana, viene a mancare l’equilibrio precedente poiché la pressione interna diventa maggiore di quella esterna e il palloncino si gonfia.

6) EFFETTO CONTRARIO AL PALLONCINO: se si diminuisce la pressione interna a un corpo, questo, se poco resistente, si rompe.

Descrizione dell’esperienza: Preso un cilindro cavo da ambedue i lati si chiude uno dei due fori con un pezzo di plastica (fig.7), poi si mette il cilindro dalla parte cava nel buco da cui la pompa a vuoto aspira l’aria. Azionando la pompa a vuoto (fig. 2) diminuisce la pressione interna e la pellicola di plastica, con la quale avevamo chiuso il primo foro, si rompe.

Perché?

Il foglio di plastica scoppia in quanto la pressione interna al cilindro diminuisce e l’equilibrio precedente tra pressioni esterna e interna viene a mancare, così il pezzo di plastica che sigilla il foro si deforma fino a che si rompe.