Esperimenti scientifici per bambini: portiamo un palloncino a elio in automobile

Esperimenti scientifici per bambini: portiamo un palloncino a elio in automobile.

La prima legge della dinamica di Newton, detta anche principio d’inerzia o legge di Galileo afferma che “un corpo mantiene il proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, finché una forza non agisce su di esso”.

Pensiamo a quando viaggiamo in automobile: quando l’auto accelera ci sentiamo spinti all’indietro, mentre una frenata improvvisa ci farebbe volare in avanti, se non avessimo le cinture di sicurezza allacciate.

Questo esperimento dimostra il diverso comportamento che può avere un pendolo o un pallone gonfiato con aria, e un pallone gonfiato ad elio all’interno di un’automobile che accelera e rallenta.

Vedremo che il pendolo o il pallone gonfiato ad aria si comportano in modo del tutto prevedibile, cioè oscillano all’indietro quando si accelera e in avanti quando si rallenta. Il palloncino ad elio, invece, non risponde alla legge di Newton sul moto, ma risponde invece al principio di Archimede, essendo l’elio più leggero dell’aria.

Materiale:

– un pendolo o un palloncino

– corda, forbici, nastro adesivo

– automobile

– palloncini

– bombola di elio.

Esperimento:

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Esperimenti scientifici per bambini – palloncini a elio e legge di Archimede

Esperimenti scientifici per bambini – palloncini a elio e legge di Archimede.

Il principio di Archimede afferma che “ogni corpo immerso parzialmente o completamente in un fluido (liquido o gas) riceve una spinta verticale dal basso verso l’alto, uguale per intensità al peso del volume del fluido spostato”.

L’esclamazione “Eureka!” che usiamo per dire che abbiamo avuto una buona idea, è tradizionalmente attribuita ad Archimede. Si narra infatti che egli abbia proprio gridato “Eureka!” quando, entrando in una vasca da bagno e notando che il livello dell’acqua era salito, capì che il volume di acqua spostata doveva essere uguale al volume della parte del suo corpo immersa. Con questo “Eureka!” che in greco antico significa “Ho trovato!”, Archimede intendeva dire che aveva trovato la soluzione al problema che gli aveva posto il principe di Siracusa Gerone II.

Gerone aveva commissionato a un orefice una corona, e gli aveva consegnato l’oro necessario per realizzarla. Ricevuta la corona finita, però, gli venne il sospetto che l’orefice lo avesse imbrogliato: la corona pesava esattamente quanto l’oro fornito, è vero, ma Gerone pensava che l’artigiano avesse sostituito parte dell’oro con un uguale peso di un metallo meno prezioso. Chiese così ad Archimede se esistesse un metodo per valutare la purezza di un oggetto d’oro.

Basandosi sull’intuizione avuta nella vasca da bagno, Archimede cominciò a ragionare: due materiali diversi, ad esempio un chilo di ferro e un chilo di legno, hanno lo stesso peso ma occupano volumi diversi. Se hanno volumi diversi, questo significa che ricevono spinte diverse se immersi nell’acqua, e queste spinte dipenderanno esclusivamente dal volume del materiale e non dal suo peso. In particolare, siccome l’oro è molto più pesante dei metalli meno nobili, una corona d’oro puro avrà un volume minore di una che contiene anche altri metalli.

Cosa fece dunque Archimede? Appese la corona ad un braccio della bilancia, e all’altro un lingotto d’oro puro con peso pari a quello della corona, e la bilancia risultò ovviamente in equilibrio. La bilancia venne poi immersa in acqua. La corona, che in effetti era in parte composta da metallo più vile (di uguale peso ma maggior volume) aveva un volume maggiore del lingotto d’oro puro,  per questo riceveva una spinta verso l’alto maggiore e la bilancia si spostò dalla parte dell’oro denunciando la frode.

La legge di Archimede non riguarda solo il caso di un corpo immerso in un liquido (oro e acqua), ma anche il caso di un corpo immerso in un gas.

Come sappiamo il metodo scientifico richiede:

– osservazione

– ipotesi

– sperimentazione e raccolta dei dati

– conclusione.

Useremo il metodo scientifico per una serie di casi che riguardano il principio di Archimede applicato ai gas.

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Primo esperimento

Materiali:

– bombola di elio

– due palloncini della stessa dimensione

– due pezzi di filo

Esperimento:

– gonfiamo un palloncino con elio e uno con aria

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Esperimenti scientifici per bambini – effetti della temperatura sui gas

Esperimenti scientifici per bambini – effetti della temperatura sui gas.

Con questo esperimento vogliamo dimostrare che la temperatura influisce sulla densità, e che questo può influenzare il comportamento dei gas.

Domande:

– Cos’è la densità?

– Cosa dice il principio di Archimede?

– Come la temperatura influenza la densità di un gas?

– Come la densità di un gas influenza il suo comportamento?

Materiali:

– bombola di elio

– due palloncini

– frigorifero o congelatore

Concetti base:

– l’elio è meno denso dell’aria. La densità di una sostanza è la sua massa per il suo volume e si misura in chili per metri quadri.

Quando diciamo che l’elio è meno denso dell’aria, intendiamo dire che un certo volume di elio pesa meno dello stesso volume di aria.

– la forza di Archimede (o forza idrostatica) che spinge un pallone gonfiato con elio verso l’alto può essere influenzata dalla temperatura, perchè la temperatura di un gas ne modifica la densità.

Procedimento:

– gonfiamo i due palloncini con l’elio, cercando di farli il più possibile della stessa grandezza e fermiamoli con un nodo

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Esperimenti scientifici per bambini: volare coi palloncini a elio

Esperimenti scientifici per bambini: volare coi palloncini a elio.

Immaginate di afferrare un grappolo di palloncini gonfiati con elio e volare verso il cielo.

palloncini-con-elio

http://www.clusterballoon.org/ohio/ohio.html

Di quanti palloncini avreste bisogno?

E ricordate il film Up?

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http://www.nationalgeographic.es/

Materiali:

– palloncino

– bombola di elio

– spago

– forbici

– graffette metalliche

– bilancia

Esperimento:

– gonfiamo il palloncino con la bombola di elio, chiudiamolo e chiudiamolo con un nodo

– pesiamo un pezzo di spago e leghiamolo al palloncino (il mio spago pesa 1 g)

– lasciamo andare il palloncino

– pesiamo una graffetta metallica (la mia pesa 2 g)

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Esperimenti scientifici per bambini: palloncini a confronto

Esperimenti scientifici per bambini: palloncini a confronto.

Materiali

– bombola di elio

– 4 palloncini

– una bottiglia di plastica vuota senza tappo

– un sacchetto di plastica e un elastico (o un sacchetto con chiusura zip)

– una bottiglia di plastica vuota col tappo

– bicarbonato

– aceto

– spago

– forbici

– graffette metalliche

– una bacinella d’acqua (o la vasca da bagno)

– una bilancia.

Perchè alcuni palloncini possono restare sospesi in aria e altri no? Cos’è che li fa sollevare da terra?

Esperimento

– prendiamo il sacchetto di plastica, immergiamolo nell’acqua in modo che si riempia almeno per metà, quindi spremiamo fuori l’aria e chiudiamolo

– chiediamo a un bambino di sollevare il sacchetto fuori dall’acqua e chiediamo: “Come lo senti? Pesante?”

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– chiediamo di immergere di nuovo il sacchetto tenendolo immerso ma senza che tocchi il fondo e chiediamo “Adesso come lo senti? Più pesante o più leggero?”

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Esperimenti scientifici per bambini: perchè dopo un po’ i palloncini a elio si sgonfiano?

Esperimenti scientifici per bambini: perchè dopo un po’ i palloncini a elio si sgonfiano?

Probabilmente avrete notato che nel corso di un breve periodo di tempo, i palloncini gonfiati con elio cominciano a perdere la loro capacità di sollevarsi in aria e si sgonfiano.

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Primo esperimento

Con questo esperimento vogliamo misurare quanto i palloncini a elio cambiano nel corso del tempo.

Introduzione

Sappiamo che i palloncini contenenti elio volano perché l’elio è più leggero dell’aria circostante. In altre parole, il peso dell’aria spostata dal pallone è maggiore del peso del palloncino e il gas all’interno, quindi il palloncino sale verso l’alto.

Questa forza, detta forza di Archimede o forza idrostatica, è esattamente data dalla differenza di peso del pallone e del suo contenuto (più eventualmente il peso dello spago legato ad esso), rispetto al peso del volume dell’aria spostata.

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