Tema D – Capitolo 1 – L’aria e l’atmosfera
1. L’aria è dappertutto
2. La pressione atmosferica
3. Alcuni effetti della pressione atmosferica
4. Di che cosa è fatta l’aria
5. Gli strati dell’atmosfera
6. Il vento
Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
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Viviamo completamente immersi nell’aria
L’aria è dappertutto.
• È un gas, non ha forma
né volume proprio.
• È trasparente.
• È insapore e inodore.
• Avvolge il nostro pianeta
formando l’atmosfera
terrestre.
• Si trova anche disciolta
nell’acqua e imprigionata
nel suolo.
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Tutto ciò che consideriamo «vuoto» in realtà è pieno d’aria
pallina leggera di carta
Che cosa succede se si soffia forte per far entrare la pallina nella bottiglia vuota?
La pallina uscirà dal collo della bottiglia!
Perché?
L’aria soffiata «rimbalza» contro l’aria contenuta nella bottiglia
e così trascina fuori con sé la pallina.
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L’aria è invisibile, ma sentiamo gli effetti della sua presenza
Quando spostiamo un oggetto leggero
che ha una grande superficie, allora
notiamo che l’aria oppone resistenza.
Pensate anche al vento: non è altro
che una massa d’aria che si sposta,
ma può avere effetti distruttivi!
la resistenza dell’aria
spinge indietro il foglio
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L’aria si può comprimere
Provate a mettere
un palloncino sgonfio
sul bordo di un tavolo,
coprendolo con alcuni libri.
Soffiando nel palloncino,
esso si gonfierà
sollevando i libri.
È il principio
di funzionamento
di tutti i dispositivi
che sfruttano
l’aria compressa!
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L’aria ha un peso
Ma che cosa succederà
se foriamo uno dei due
palloncini?
I due palloncini (fatti di gomma +
aria compressa) hanno lo stesso
peso, perciò stanno in equilibrio.
Adesso non c’è più equilibrio:
la differenza è dovuta al peso
dell’aria dentro il palloncino gonfio.
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Che cos’è la pressione?
Ma che cosa succederà
se appoggiamo il mattone
sul suo lato più stretto?
Il foglio di carta velina
regge il peso del mattone.
Il peso del mattone è sempre lo stesso,
ma ora la carta velina non lo regge,
perché quel peso si applica su un’area
minore: la pressione è aumentata.
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La pressione misura l’effetto di una spinta (come un peso)
sulla superficie a cui si applica.
spinta = peso del mattone
pressione =
qui la superficie d’appoggio ha un’area
grande: perciò la pressione è piccola
spinta
superficie
spinta = peso del mattone
qui la superficie d’appoggio ha un’area
piccola: perciò la pressione è grande
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L’aria è leggera, ma ce n’è tantissima:
perciò la pressione dell’atmosfera è intensa.
1 dm3 di acqua pesa 1 kg, mentre
1 dm3 di aria pesa soltanto 1,3 g:
quasi ottocento volte di meno!
Ma l’atmosfera terrestre
ha un volume enorme, perciò
il peso totale dell’aria è gigantesco.
Di conseguenza al suolo
la pressione atmosferica è
pari a circa 1 kg per ogni cm2
di superficie.
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Ma perché allora la pressione atmosferica non ci schiaccia?
cco perché la
e
pressione atmosferica
non ci schiaccia
In realtà il peso dell’aria
non preme dall’alto, come
farebbe pensare il disegno.
Invece nei fluidi la pressione
agisce allo stesso modo
in tutte le direzioni.
E i fluidi del nostro corpo hanno
una pressione interna uguale
alla pressione atmosferica,
che la controbilancia esattamente:
ecco perché non ci schiaccia!
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Nei fluidi la pressione agisce allo stesso modo in tutte le direzioni.
Verifichiamolo con un esperimento, usando come fluido l’acqua.
vaschetta
deformata
La vaschetta è schiacciata
dalla pressione dovuta al peso
dell’acqua sovrastante.
vaschetta
non deformata
Qui la vaschetta non si schiaccia
affatto, eppure l’acqua sovrastante
pesa ancora di più! Come mai?
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Nei fluidi la pressione agisce allo stesso modo in tutte le direzioni.
vaschetta
non deformata
La vaschetta non si schiaccia,
nonostante il peso dell’acqua
sovrastante.
La ragione è che la pressione
che agisce sulla vaschetta dal di sotto
bilancia esattamente quella che agisce
sulla vaschetta da sopra e dai lati!
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Ma allora, quand’è che si possono sentire gli effetti
della pressione mentre si è immersi in un fluido?
Soltanto quando nel fluido c’è un contenitore che è
chiuso in modo ermetico, con una pressione interna
diversa dalla pressione esterna del fluido.
Esempi:
• un sottomarino ‒ se va troppo in profondità, la pressione
dell’acqua lo schiaccia;
• una bottiglia di plastica ‒ se si aspira l’aria che contiene,
la bottiglia si deforma: la pressione atmosferica la schiaccia.
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Effetti della pressione atmosferica ‒ La siringa chiusa con un dito (1)
pressione maggiore
di quella atmosferica
Spingendo lo stantuffo
si ha una compressione:
la pressione dell’aria imprigionata
nella siringa aumenta.
pressione uguale
a quella atmosferica
Se si lascia andare lo stantuffo,
l’aria compressa lo spinge in fuori:
la pressione nella siringa diminuisce,
e quando diventa uguale alla
pressione esterna, lo stantuffo si ferma.
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Effetti della pressione atmosferica ‒ La siringa chiusa con un dito (2)
tirando lo stantuffo
si crea una depressione
Tirando lo stantuffo si ha una
depressione: la pressione
dell’aria imprigionata nella
siringa diminuisce.
la pressione esterna
spinge in avanti lo stantuffo
Se si lascia andare lo stantuffo, la pressione
esterna lo spinge in dentro: la pressione nella
siringa aumenta, e quando diventa uguale alla
pressione atmosferica, lo stantuffo si ferma.
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Effetti della pressione atmosferica ‒ Il barometro
Provate a capovolgere una bottiglia
piena per un terzo dentro un bicchiere vuoto.
Quando il collo della bottiglia finisce sott’acqua,
l’acqua smette di scendere!
La ragione è che, quando l’acqua scende,
l’aria imprigionata nella bottiglia si espande.
Perciò la pressione dell’aria nella bottiglia
diventa minore della pressione esterna
che agisce sull’acqua.
Nella bottiglia si crea così una depressione
che tiene «risucchiata» l’acqua.
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Effetti della pressione atmosferica ‒ Il barometro
Se segnate il livello raggiunto dall’acqua
nella bottiglia, potrete osservare che
nei giorni successivi il livello cambia.
Infatti la pressione atmosferica non è sempre
costante, ma varia al passare del tempo.
Questo semplice strumento evidenzia dunque
le variazioni della pressione atmosferica:
è un esempio di barometro.
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Effetti della pressione atmosferica ‒ Cannucce e ventose
Aspirando l’aria contenuta
dentro la cannuccia
si crea una depressione: perciò
la pressione atmosferica spinge
la bibita e la fa salire fino alla bocca.
Schiacciando la gomma della ventosa
se ne fa uscire aria e si crea una
depressione: perciò la pressione
atmosferica tiene la ventosa
schiacciata contro la piastrella.
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Di che cosa è fatta l’aria?
21% ossigeno (O2)
1% argo (Ar)
e tracce
di altri gas
16% ossigeno (O2)
3% diossido
di carbonio (CO2)
2% vapore
acqueo (H2O)
78% azoto (N2)
78% azoto (N2)
1% argo (Ar)
e altri gas
L’aria che inspiriamo
contiene il 21% di ossigeno.
Una parte dell’ossigeno la tratteniamo,
e al suo posto espiriamo diossido
di carbonio e vapore acqueo.
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Gli strati dell’atmosfera ‒ Troposfera e stratosfera
La stratosfera si estende da 15 a circa 50 km
di quota.
In alta quota c’è una grande quantità del gas ozono,
utile perché assorbe le radiazioni solari ultraviolette,
che sarebbero pericolose per gli organismi viventi
se arrivassero al suolo.
50 km
ozono
stratosfera
15 km
La troposfera va dal suolo a 15 km di quota.
È lo strato più denso dell’atmosfera e contiene il 90%
di tutta l’aria.
Qui avvengono i fenomeni meteorologici che
determinano il clima.
Salendo la temperatura diminuisce fino a raggiungere
circa –55 ºC. Questa è la temperatura dell’aria in cui
volano gli aerei di linea, che salgono a 10 000 metri
per incontrare meno resistenza nell’aria rarefatta.
troposfera
0 km
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Gli strati dell’atmosfera ‒ Mesosfera, ionosfera ed esosfera
L’esosfera è formata soltanto da atomi di idrogeno
(il gas più leggero e diffuso nell’universo) che
diventano via via più rarefatti nello spazio vuoto.
L’atmosfera non ha un confine preciso: «sfuma»
gradualmente nello spazio vuoto interplanetario.
Oltre i 90 km e fino a circa 900 km l’atmosfera
è chiamata ionosfera, perché è formata da atomi
ionizzati, cioè separati nei loro componenti.
Qui si verificano le bellissime aurore visibili
dalle regioni polari.
La ionosfera è importante perché riflette le onde
radio, permettendo le comunicazioni a distanza
tra un continente e l’altro.
esosfera
900 km
aurora
ionosfera
90 km
La mesosfera va da 50 a circa 90 km di quota.
Ha una temperatura molto bassa, circa –100 ºC.
Contiene aria rarefatta, ma ancora abbastanza
densa da frenare le meteore, incendiandole e
disintegrandole quando entrano ad alta velocità
nell’atmosfera terrestre («stelle cadenti»).
meteore
mesosfera
50 km
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Il vento
L’aria riscaldata si espande, perciò tende a salire

bassa pressione
L’aria fredda invece è più densa e tende a scendere

alta pressione
La combinazione di questi due fenomeni
dà origine nell’atmosfera a correnti di convezione.
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Il vento
Durante il giorno il terreno si riscalda
di più rispetto all’acqua del mare.
Al livello del suolo l’aria si sposta dal
mare verso la costa: brezza di mare.
Di notte invece l’acqua del mare
continua a rilasciare calore nell’aria.
Al livello del suolo si ha un vento dalla
costa verso il mare: brezza di terra.
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Il vento
Questa rosa dei venti
mostra la direzione dei venti
che soffiano più di frequente
nel bacino del Mediterraneo.
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