1
I docenti del dipartimento scientifico
prof.ssa Antonietta Apicella
prof.ssa Cantilena Marina
prof. Salvatore Di Concilio
e
Gli allievi del Liceo delle classi
III A
III B
III E
a.s. 2008-2009
2
3
4
1) Proiezione di brevi films con informazioni di
geografia ed ecologia.
2) Esperienze di osservazione e deduzione secondo il
metodo sperimentale fondamento della scienza
5
Film:
Cos’è l’acqua, dove si trova, il ciclo dell’acqua e l’importanza della sua protezione pag.8
Densità e galleggiamento: pag.9
- Didattica di Laboratorio: pag.10
L’uovo magico pag.11 e pag.12
Barchetta e pacchetto pag.13
La misura di Archimede pag. 14
- Esperienze e Sceneggiature: “Dall’osservazione alla deduzione” pag.15
L’uovo magico pag. 16
La Spinta di Archimede è una forza pag.18
…che dipende dalla densità pag.20
Barchetta e pacchetto pag.21
La misura della Spinta di Archimede pag.23
La Bandiera pag. 24
Tensione superficiale e capillarità: pag.26
- Sceneggiature: L’ago non affonda pag 27
Il detersivo propulsore pag. 28
Fiori di carta pag.29
6
Pressione: pag.30
Sceneggiature:
Getti d’acqua pag. 31
La fontanella pag.32
Non solo a 100°C pag.34
La chimica dell’acqua: pag. 35
Il pH dell’acqua
La ricerca del cloro
L’osmosi
7
Acqua: elemento importantissimo sul nostro pianeta Terra.
1) Film illustrativo http://cicloacqua.altervista.org/ciclo/cycle.html
Che cos’è l’acqua
2) Film illustrativo: http://cicloacqua.altervista.org/h20/water.html
Importanza dell’acqua, distribuzione sulla Terra e nel corpo umano, definizione
della molecola e delle forze di aggregazione che sono all’origine delle proprietà
di viscosità e tensione superficiale per la formazione delle gocce.
3) Film illustrativo: (fisica) stati di aggregazione
http://cicloacqua.altervista.org/h20/sta.html
Dove si trova l’Acqua: mari, oceani, fiumi
4) Film illustrativo: Mari ed Oceani http://cicloacqua.altervista.org/mare/oceani.html
5) Film illustrativo: Maree http://cicloacqua.altervista.org/mare/marea.html
6) Film illustrativo: Fiumi, acque sotterranee, cascate, torrenti,
http://cicloacqua.altervista.org/fiume/fiumi.html
7) Film illustrativo: Dighe, irrigazioni, energia elettrica, acquedotti.
http://cicloacqua.altervista.org/fiume/diga.html
8
9
prof.ssa Apicella Antonietta
10
Didattica di laboratorio:
Esperienza 1: L’UOVO MAGICO
Obiettivo 1: Esiste una forza che agisce dal basso verso l’alto, sull’uovo
immerso in acqua.
Osservazione attiva:
Che cosa si osserva? Quando aggiungiamo il sale, l’uovo si muove salendo
verso l’alto e poi si ferma.
Deduzione
Cosa deduciamo? Sull’uovo agisce una forza dal basso verso l’alto maggiore
del suo peso, l’uovo si ferma quando la forza dal basso verso l’alto uguaglia
la forza peso che agisce dall’alto verso il basso.
Conoscenze
Perché possiamo dedurre ciò? Perché secondo le leggi della fisica uno degli effetti di
una forza è il moto: un corpo libero, si mette in moto, se su di esso agisce una “forza”.
Un corpo è fermo (non ha moti di traslazione) se la forza agente è annullata da un’altra
uguale in intensità e direzione, ma agente in verso opposto. (Affinché il corpo non
abbia neanche moti rotatori, deve essere nulla la risultante dei momenti, ma qui questo
aspetto possiamo trascurarlo)
11
Didattica di Laboratorio
Obiettivo 2 : La spinta di Archimede è una forza la cui intensità
dipende dalla densità o peso specifico dell’acqua
Osservazione attiva:
Che cosa si osserva? Quando aggiungiamo il sale, l’uovo si mette in moto
perché l’acqua esercita una forza detta “Spinta di Archimede”, inoltre
aumenta il peso dell’acqua, ma il volume resta lo stesso.
Deduzione
Cosa deduciamo? Se è aumentato il peso e non il volume, si dice che è
aumentato il peso dell’unità di volume di quest’acqua ( peso specifico).
La forza dell’acqua, detta “Spinta di Archimede” aumenta all’aumentare del
peso specifico dell’acqua (o anche della densità).
Conoscenze
Perché possiamo dedurre ciò? Perché secondo le leggi della fisica si definisce peso
specifico di una sostanza il rapporto fra il peso e il volume. Poiché il peso è
direttamente proporzionale alla massa risulta anche che il peso specifico è
direttamente proporzionale alla densità
densità d = massa dell’unità di volume = m / V
peso specifico ps = peso dell’unità di volume = P / V = m g / V = d g
12
Didattica di Laboratorio
Esperienza 2:
BARCHETTA E PACCHETTO
Obiettivo 3 : La Spinta di Archimede dipende dal volume immerso dell’oggetto
Osservazione attiva:
Che cosa si osserva? La barca galleggia e il pacchetto affonda
Deduzione
Cosa deduciamo? La forma dell’oggetto è molto importante per il galleggiamento
e quindi la Spinta di Archimede varia se varia la forma dell’oggetto. La grandezza
fisica legata alla forma è il volume e per l’acqua è importante il volume immerso,
quindi possiamo dedurre che la Spinta di Archimede dipende dal volume immerso
di un oggetto
13
Didattica di Laboratorio
Esperienza 3 : Il dinamometro e la Spinta di Archimede
Obiettivo 4: La Spinta di Archimede è direttamente proporzionale al volume
immerso dell’oggetto.
Osservazione attiva:
Che cosa si osserva? Sul dinamometro leggiamo la misura del peso P del
doppio cilindro, se spingiamo con la mano verso l’alto la misura P diminuisce e
diventa P1. La differenza delle due letture
P - P1 = forza applicata con la mano.
Lo stesso accade se immergiamo il cilindro in acqua. Man mano che aumenta il
volume immerso, notiamo che la molla del dinamometro si accorcia e il valore
letto diminuisce la lettura P1 sul dinamometro e quindi aumenta la differenza:
P - P1 = forza o Spinta di Archimede
Se siamo bravi con i numeri possiamo notare che se il volume immerso si
dimezza, anche la Spinta = P - P1 si dimezza, ecc.
Deduzione
Cosa deduciamo? La Spinta di Archimede è direttamente proporzionale al solo
volume immerso del corpo che è l’unico di cui l’acqua si accorge.
14
Didattica di Laboratorio
Esperienza 4: La misura della Spinta di Archimede col doppio cilindro
Obiettivo 5: La Spinta di Archimede è uguale al peso dell’acqua
avente un volume uguale al volume immerso dell’oggetto.
Osservazione attiva:
Che cosa si osserva? Sul dinamometro leggiamo la misura P del peso del
doppio cilindro, poi immergiamo in acqua un volume Vi del cilindro (tutto il
volume o solo metà) e la lettura sul dinamometro diventa P1. Riempiamo il
cilindro cavo dello stesso volume Vi di acqua e la lettura torna ad essere P
Deduzione
Cosa deduciamo? Il peso dell’acqua che abbiamo versato nel cilindro cavo è
proprio uguale alla differenza delle letture P - P1 che sappiamo essere
uguale alla Spinta di Archimede. Quindi possiamo affermare che:
-La Spinta di Archimede è uguale al peso dell’acqua avente un volume
uguale al volume immerso dell’oggetto, essa è
FA = densità dell’acqua X volume immerso del corpo X (costante)
15
Esperienze
e
Sceneggiature
“Dall’osservazione alla deduzione”
16
Sceneggiatura
L'UOVO MAGICO
Occorrente: Due bicchieri grandi, dell’acqua, 10 cucchiaini di sale da
cucina, un uovo.
Provate voi: Versate una stessa quantità di acqua nei due bicchieri,
poi in uno aggiungete il sale col cucchiaino, mescolando un po’.
Versate l’acqua dolce lentamente sull’acqua salata senza mescolare i
due liquidi e immergete delicatamente l’uovo.
Cosa osservate? L’uovo galleggia sull’acqua salata, esattamente a
metà del vostro bicchiere!
17
Sceneggiatura:
LA SPINTA DI ARCHIMEDE è una forza
Occorrente: Due bicchieri grandi, dell’acqua,
10 cucchiaini di sale da cucina, due uova intere.
Provate voi: Versate l’acqua nei due bicchieri, mettete un uovo in ciascun
bicchiere, poi in uno aggiungete il sale col cucchiaino, mescolando un po’.
18
Sceneggiatura
Cosa osservate?: L’uovo affonda nell’acqua distillata e galleggia nell’acqua salata,
anzi man mano che si aggiunge sale nell’acqua distillata l’uovo sale verso l’alto
galleggiando.
Se un corpo si muove vuol dire che? C’è una forza che lo mette in moto
Allora se aggiungiamo il sale aumenta la forza dell’acqua? Si, aumenta e quando
diventa maggiore del peso dell’uovo, lo mette in moto.
Perché l’uovo si ferma e galleggia? L’uovo si ferma galleggiando, perché la forza
dell’acqua riesce ad equilibrare la forza peso diventando uguale ed opposta.
Sapete come si chiama la forza dell’acqua in fisica?
L’acqua esercita una forza verso l’alto detta “Spinta di Archimede” Forza dell’acqua
o
L’uovo galleggia se tale forza è uguale al suo peso
Spinta di Archimede
Forza peso
dell’uovo
19
Sceneggiatura
…che dipende dalla densità
Quando sciogliamo il sale nell’acqua, secondo voi aumenta il peso dell’acqua? Si
Volete dire che un bicchiere di quest’acqua salata pesa più di una catinella d’acqua
dolce? Nooooooo, un bicchiere d’acqua salata pesa più di un bicchiere di uguale
volume di acqua dolce.
Sapete come si esprime ciò in linguaggio scientifico? Si dice che quando sciogliamo
il sale nell’acqua, aumenta il peso dell’unità di volume dell’acqua, cioè il suo peso
specifico e la sua densità.
densità d = massa dell’unità di volume = m / V
peso specifico ps = peso dell’unità di volume = P / V = m g / V = d g
Allora possiamo anche dire che:
La Spinta di Archimede aumenta con la densità dell’acqua.
20
Sceneggiatura
BARCHETTA E PACCHETTO…
Occorrente: una vaschetta piena di acqua, due fogli uguali di carta
stagnola oppure di rame, (in modo che abbiano lo stesso peso P, la
stessa densità e lo stesso peso specifico).
Provate voi: ricavate una barchetta da un foglio e un pacchetto dall’altro
e appoggiateli sull’acqua della vaschetta.
Cosa osservate?: il pacchetto affonda e la barchetta galleggia!
Perché? Il peso è lo stesso, ma cosa hanno di diverso?
P
=
P
21
Sceneggiatura
…hanno forme diverse e quindi diversi volumi immersi!
La barchetta e il pacchetto hanno lo stesso peso, ma diverse
forme.
Possiamo dire che il peso è distribuito in un volume più grande
nel caso della barca? Si
Allora il peso specifico (e la densità) della barca è minore di
quella del pacchetto? Si, perché il peso è lo stesso e il volume della
barca è più grande
Ma…. Archimede, cioè l’acqua, come se ne “accorge”? Può
accorgersi solo del volume immerso!
Deduzione:
La Spinta di Archimede riesce ad uguagliare il peso della barca
(e quindi a farla galleggiare) quando la barca ha un volume
immerso adeguato.
22
Sceneggiatura
La Spinta di Archimede
Occorrente: un sostegno e un dinamometro, un doppio cilindro, una vaschetta
piena d’acqua.
Provate voi:
-Appendete il doppio cilindro al dinamometro e leggete il valore del suo peso P,
-Sistemate la vaschetta con l’acqua sotto il doppio cilindro e lentamente
avvicinatela al cilindro pieno in modo che esso risulti immerso nell’acqua di un
volume Vi = un terzo, poi metà dell’intero. Leggete le misure P1 sulla scala del
dinamometro e le differenze P - P1 = Spinta di Archimede
-Versate poi dell’acqua nel cilindro cavo di un volume uguale a quello immerso Vi
e osservate che il dinamometro segna di nuovo P, come se la Spinta fosse
sparita.
23
Sceneggiatura
Se Vi raddoppia (o triplica) la Spinta raddoppia (o triplica) ? Si
Possiamo dire che la Spinta è direttamente proporzionale al
volume immerso? Si.
Cosa vuol dire che il dinamometro segna di nuovo P? Vuol dire
che la Spinta è annullata dal peso dell’acqua perciò possiamo dire che
essa è uguale proprio al peso del volume d’acqua Vi
P
P1
P
Si riempie di acqua
FA
P – P1 = FA Spinta di Archimede
24
Sceneggiatura
LA BANDIERA
Occorrente: Un cilindro alto di vetro, olio, acqua, alcool.
Provate voi: Versate dell’acqua, poi dell’olio, e infine l’alcool.
Cosa osservate? L’alcool galleggia sull’olio e l’olio sull’acqua
La densità dell’olio è minore della densità dell’acqua? Si
La densità dell’olio è minore della densità dell’alcool? No
Perché? Perché se l’olio galleggia sull’acqua vuol dire che la Spinta di
Archimede è maggiore del suo peso
25
26
L'AGO NON AFFONDA
Occorrente:
Un bicchiere o una vaschetta, carta velina,
un ago (o una graffetta o una lametta),
Provate voi:
Versate l'acqua in un bicchiere
e appoggiate l'ago sull'acqua.
Cosa osservate? L’ago affonda. (La densità del metallo è maggiore della densità
dell’acqua perciò è ciò che ci aspettiamo)
Provate ancora: appoggiate l’ago sulla superficie dell’acqua lentamente usando
una pinzetta oppure adagiandolo su una strisciolina di carta velina.
Cosa osservate: Piano piano, l'acqua inzuppa la strisciolina la quale affonda
lasciando l’ago appoggiato sulla superficie.
Allora l’ago galleggia? No, l’ago risulta “appoggiato” sulla superficie dell’acqua
come su un lenzuolo, la superficie dell’acqua è deformata a causa del suo peso.
----------------------------------------------------------------
Qual è la proprietà che permette all’acqua di sostenere l’ago, vincendo il
peso dell’ago e la legge del galleggiamento?
-La tensione superficiale, che tiene unite le molecole dell’acqua, tanto da
formare una specie di “pelle dell’acqua”. Questa “pelle” agisce la forza
di reazione vincolare e determina l’equilibrio dell’ago sull’acqua 27
DETERSIVO PROPULSORE
Occorrente: Alcuni piatti di plastica, forbici, una bacinella rettangolare,
acqua pulita, pezzetti di sapone o sapone liquido.
Provate voi: Ricavate dalla base di un piatto una forma affusolata e
praticate un piccolo incavo nella sua parte terminale.
Disponete la forma nella bacinella piena d’acqua e in corrispondenza
dell’incavo posizionate un pezzo di sapone (oppure lasciate cadere
una goccia di sapone liquido).
Cosa osservate? La vostra piccola zattera comincerà a muoversi sotto
la spinta della tensione superficiale. La velocità della zattera dipende
fortemente dalla geometria della forma utilizzata, per verificarlo
organizzate gare di velocità fra forme diverse, un rettangolo, una
circonferenza, un triangolo.
Ricordate sempre di cambiare l’acqua dopo ogni prova.
Cosa se ne deduce? Il sapone rompe la tensione e la pelle dell’acqua
scatta come un elastico imprimendo un impulso alla zattera.
28
FIORI DI CARTA
Occorrente:
Carta liscia non lucida, matite,
forbici, una vaschetta e dell'acqua.
Provate voi:
Disegnate sulla carta un fiore come indicato nella figura e ritagliatelo.
Ripiegate i petali verso l’interno e poggiate il fiore sull’acqua.
Cosa osservate? (il fiore si apre)
Perché il fiore si apre? ( i petali diventano più pesanti )
Perché i petali diventano più pesanti? ( l’acqua riesce a salire lungo i
tubicini strettissimi formati dalle fibre della carta e li bagna )
Quali sono le proprietà che permettono all’acqua di salire,
vincendo la forza del suo peso?
-La tensione superficiale che tiene unite le varie molecole e la
capillarità dei tubicini che permette di risalire ad un livello
superiore a quello di equilibrio-
29
PRESSIONE
30
GETTI D’ACQUA
Occorrente:
Due bottiglie di plastica, forbici, acqua.
A
B
C
A
B
C
Provate voi: Bucate la bottiglia a diverse altezze A, B, C, chiudete i fori
con le dita o con tre tappi e riempitela di acqua. Poi stappate i fori allo
stesso istante e confrontate le gittate.
Cosa osservate? L’acqua zampilla dai fori raggiungendo il suolo a
diverse distanze cioè con gittate diverse.
Da quale foro l’acqua zampilla con gittata maggiore? Dal foro più
basso.
Ora riprovate: riempite la bottiglia ad un livello maggiore e ripetete
l’esperienza.
Come cambiano le gittate dai fori? Aumentano
Che cosa potete dedurre? La gittata è aumentata perché evidentemente
è aumentata la pressione idrostatica che spinge l’acqua fuori, quindi la
pressione idrostatica aumenta se aumenta il livello dell’acqua
sovrastante o meglio con la profondità.
31
LA FONTANELLA
Occorrente: Tre vasetti di vetro di cui uno col tappo di
sughero, due cannucce, della plastilina, acqua e coloranti
alimentari.
Provate voi: Praticate due fori in un tappo di sughero e inserite due
cannucce.
Riempite un vasetto d’acqua colorata e inserite il tappo regolando
l’altezza delle cannucce in modo che una sia a filo del tappo e l’altra
entri per metà nel vasetto.
A questo punto sigillate lo spazio attorno alle cannucce con della
plastilina.
Riempite il secondo vasetto con l’acqua colorata, tappate le cannucce
con le dita, capovolgete il primo vasetto e posizionatelo sopra il
secondo in modo che la cannuccia che sporge si immerga nell’acqua
di quest’ultimo.
Sistemate ora il terzo vasetto sotto l’altra cannuccia, vedrete l’acqua
risalire dal secondo vasetto attraverso la cannuccia formando una
fontanella.
32
Cosa osservate? Dalla cannuccia sgorga l’acqua colorata a
fontanella.
Quando sigilliamo il 1° barattolo e lo capovolgiamo, l’acqua
scende nel terzo attraverso la cannuccia bianca, quindi lascia
più spazio all’aria già presente? Si
Se nel 1° barattolo l’aria occupa più volume, la sua pressione
aumenta o diminuisce? Diminuisce
La pressione atmosferica che agisce sull’acqua
colorata del 2° barattolo cambia? No
1°
Quindi risulta essere maggiore la pressione sull’acqua
colorata rispetto a quella nel 1° barattolo? Si
Come mai l’acqua sale lungo la cannuccia? L’acqua sale
perché è maggiore la pressione nel 2° barattolo, ma anche
perché la pressione si distribuisce allo stesso modo in
tutte le direzioni e anche dal basso verso l’alto della
cannuccia azzurra.
2°
3°
33
Bolle!....NON SOLO A 100°C
Occorrente: una beuta, dell’acqua, un fornello, una siringa collegata ad
un tubo con rubinetto ed inserito in un tappo di gomma forato.
Provate voi: Mettete l’acqua nella beuta e fatela bollire, quando vedrete
formarsi e salire a galla delle grosse bolle, togliete la beuta dal
fornello. Le bolle spariranno perché la temperatura scenderà. A questo
punto chiudete la beuta con il tappo di gomma, inserite il tubo nel
tappo con il rubinetto aperto e la siringa chiusa. Infine aspirate l’aria
della beuta con la siringa e velocemente chiudete il rubinetto.
Cosa osservate? L’acqua riprende a bollire!
Se la temperatura non è più 100°C perché l’acqua bolle? L’unica
cosa che cambia aspirando l’aria con la siringa è la pressione.
Perciò possiamo dedurre che la temperatura di ebollizione
dipende dalla pressione
34
LA CHIMICA
35
PH dell'acqua
Occorrente: Aceto bianco, limone, detersivo, sapone neutro,
bicarbonato, candeggina, acqua distillata, ammoniaca, acido
cloridrico, idrossido di sodio, indicatore universale, blu di
bromotimolo, provette.
Provate voi: mettete un po’ di ciascuna sostanza in una provetta
(sciogliere il detersivo ed il sapone con un po’ di acqua). Aggiungete
qualche goccia del blu di bromotimolo con una pipetta in ogni
provetta. Bagnate un pezzetto di cartina indicatore universale con un
po’ di ciascuna soluzione e confrontate il colore con la scala
cromatica della confezione.
Cosa osservate? In alcune provette il contenuto si colora di giallo ed in
altre cambia colore passando al blu.
Dal colore della cartina potete risalire al valore del pH delle soluzioni
delle sostanze esaminate e quindi al grado di acidità e basicità.
Acide
<7
Neutre
Acqua pH = 7
Basiche
>7
36
Acide
<7
Limone
Aceto
Neutre
Acqua pH = 7
Basiche
>7
sale
detersivo
sapone
bicarbonato
candeggina
Sostanze aspre e corrosive
Sostanze lisce e sbiancanti
si colorano come
si colorano come
l’acido cloridrico
l’idrossido di sodio
Che cosa sono “le piogge acide”? È pioggia che indica
inquinamento dell’aria da ossidi di zolfo e di azoto, e da eccessiva
anidride carbonica.
Che cosa si deduce da un pH dell’acqua maggiore di sette? La
basicità dell’acqua può indicare inquinamento da materiale in
putrefazione (l’ammoniaca è il prodotto della decomposizione delle
proteine).
37
Ricerca del cloro
Occorrente: acqua distillata, sale da cucina (cloruro di sodio), acqua di
rubinetto, soluzione di nitrato d’argento, 4 provette.
Provate voi: preparate la soluzione n.1 di “nitrato d’argento” in acqua
distillata, poi la soluzione n.2 di cloruro di sodio. In altre due provette
versate acqua distillata e acqua di rubinetto. I 4 campioni sono tutti
incolori
Versate un po’ di soluzione n.1 in ciascuna delle tre provette preparate.
Cosa osservate?, la soluzione di cloruro di sodio diventa color latte
quando versiamo la punta di nitrato, quindi possiamo considerare
questo colore un riferimento per individuare la presenza del cloro.
L’acqua distillata resta di colore invariato anche in presenza di nitrato.
L’acqua di rubinetto diventa color latte tanto più quanto più contiene
cloro. (perché il nitrato si combina col cloro formando il cloruro
d’argento che non è solubile in acqua)
38
Osmosi
Occorrente: una patata, un pelapatate, sale da cucina, acqua, un piatto
di plastica e un cucchiaino.
Provate voi: sbucciate la patata, tagliatela a metà, scavatela con il
cucchiaino e posatela in un piatto che contiene acqua sul fondo,
mettete un cucchiaino di sale nell’incavo della patata e aspettate 5
minuti.
Cosa osservate?: il sale risulta bagnato
Perché? Perché la patata funziona come una membrana semipermeabile
che separa due soluzioni contenenti diverse quantità di Sali. L’acqua
viene risucchiata dal sale e attraversa le pareti porose della patata, per
“osmosi”
Grazie al fenomeno di osmosi le piante riescono ad assorbire l’acqua dal
terreno, acqua che poi per capillarità risale fino alle foglie.
39