Termodinamica
e Chimica
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Vittorio Zanetti
Dipartimentodi Fisicadell' Universita
Trento
Scheda 2 -T
II papero bevitore
Figura 1. Paperiche si dissetano(!)
Osservazionidi caratteregenerale
In figura 1 compaiono due esemplari uguali del it giocattolo di cui qui si tratta. Bagnando con acqua
it feltro the ricopre la testa di uno di questi paperi, it giocattolo comincia ad oscillaTe,"bevendo" dal
bicchiere all'incirca ogni 1-2 minuti. Sembraproprio the it sistema produca da se l'energia di cui ha
bisogno per mantenersi in moto, vincendo gli attriti the indubbiamenteesistono.1n altre parole, sembra
di esseredi fronte a un molD perpetuo,cire a una violazione del primo principio della termodinamica
(principio di conservazione dell' energia).
n bicchiere pieno d'acqua entro cui il reCtO si immerge regolarmente,serve a far sl the il feltro con
cui e ricoperta la testa resti bagnato perlungo tempo,nonostanteI' evaporazione. Si noti,comunque, the
il papero oscilla regolannente per almeno mezz'ora, anchese si toglie il bicchiere, poiche I 'acqua the
impregna il feltro e sufficiente per provocare I 'effetto di raffreddamento durante questolasso di tempo.
Oltre a mantenere bagnato il becco, il bicchiere pieno d'acqua soddisfa ad esigenze folcloristiche
(altrimenti non sarebbeun gioco): infatti, dimostra the il paperoha una seteinsaziabile e per questobeve
in continuazione!
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f giocattofi e fa scienza
Principio di funzionamento
Figura 2. Man mano che la pressione del vapore diminuisce in A illiquido viene sospintoverso r alto, entro il tubetto,
quindi iI centro di massa del sistema si spostaverso I'alto.
n papero bevitore e costituito essenzialmenteda due cavita rotonde (figura 2), collegate da un tubo che
fa da "collo" del papero,e che prosegueentro la cavita inferiore fmo quasi a toccarne la parete interna.
La cavita inferiore e parzialmente riempita con un liquido colorato, molto volatile ed aventetensione di
vapore che dipende fortemente dalla temperatura.Tale liquido pub essereetere etilico, cloruro di metile,
od anche freon. Occorre quindi prestare molta attenzione a non rompere il papero, per non far
fuoriuscire illiquido in essocontenuto. (Si tengano presenti i danni provocati all' alia atmosfera-buco
dell' ozono -dal freon, oltreche gli eventuali effetti tossici dei vapori sprigionati dagli altri liquidi. Cib
suggerisce anche la seguenteirnportante norma di comportamento:
assicurarsiche questogiocattolo non sia alia portata dei bambini
E forse questasuapericolosita perIe rotture accidentali che fa S!che questo giocattolo, COg!diffuso per
il passato,attualmente non sia di facile reperibilita, in Italia. (A dire il vero, i1"love meter" -vedi scheda
n. 1- T -e un giocattolo quasi identico, e pero di facilissima reperibilita.)
Quando all 'inizio la testadel papero (cavitA A) e ancoraasciutta,illiquido e tutto contenuto nella cavita
inferiore (B) e il suo centro di massa risulta situato al di sotto dell'asse attorno a cui pub ruotare il
giocattolo. In questa situazione la forza peso genera un momento di rotazione che tende a riportare il
papero in posizione verticale, cioe I' equilibrio e stabile.
Dopo aver bagnato il feltro che rlcopre la testa,illiquido entro it paperoinizia a satire lungo il tubetto
che fa da colla. Questo avviene grazie al raffreddamento della cavitA A provocato dall'evaporazione
dell'acqua suI feltro. Infatti, la tensione di vapore in A diventa inferlore alIa tensione di vapore in B,
circostanza questache provoca la rlsatita delliquido entro it colla. Tale rlsalita fa spostareverso I' alto
il centro di massa del sistema, per cui quando essoviene a trovarsi al di sopra dell' assedi rotazione, it
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momento della forza peso fa inclinare verso il bassola testadel papero,fino ache il suo becco urta contro
I' acquacontenuta nel bicchiere, oppure fino a che I' aletta metallica appositamentepredisposta sull 'asse
di rotazione urta contro un fermo corsa che impedisce al papero di ribaltarsi completamente.
Man mano che la testa del papero si abbassa,il tubetto che gli fa da collo si inclina sempredi pill: ad
uncerto puDlo l'estremitainferioredel tubetto nonpescapill nelliquido entro lacavita B (figura 3), quindi
illiquido entro il tubetto non e pill sorretto dalla differenza di pressione,e pereffetto della gravita ritorna
rapidamentenella cavita inferiore. 11centro di massatoma al di sotto dell' asse,quindi il papero recupera
la sua posizione eretta, semprechegli attriti non 10blocchino. Poi di nuovo ha il sopravvento l' evaporazione, percio ritorna a "bere", e cosi di seguito.
Figura 3. Quando il tubetto e molto inclinato, non pescapill nelliquido in B, quindi il Iiquido entro il tubetto stesso
ritorna verso il basso, non essendo pill sorretto dal Iiquido entro B.
Note
1. Percomprendere meglio il principio di funzionamento del papero bevitore, soprattutto senon si pub
vedere il suo interno perche il vetro con cui e fatto il giocattolo e opaco, conviene prendere in esame
il "love meter" ("misuratore dell'amore"), giocattolo the, comee gia stato ricordato, e statoillustrato
nella scheda I-T.
2. E possibile far funzionare bene il papero solo se si procede con molta circospezione. In particolare,
si controlli che I' assedi rotazione, costituito da un lamierino verticale appositamentesagomato,non
vada a urtare contra alcuna parte del basamentoche 10sostiene.Per evitare poi the il papero si ribalti
completamente, quando il centro di massa sale, occorre fare attenzione ache l'apposita aletta
dell'asse vada a urtare contro la sporgenzadel basamentoche fa da fermo corsa.
3. Quando inizialmente si bagna la testa del papero con acqua, si deve fare attenzione a non bagnare
anchela parte inferiore del papero stesso,altrimenti si raffredda sia la cavita Asia la cavita B, quindi
Ia tensione di vapore entro Ie due cavita risulta quasiuguale e illiquido interno non viene sospinto
verso l'alto. (Eventualmente si bagnasseanchela parte bassa,bastaasciugarla con un fazzoletto.)
4. Per far comprendere il principio di funzionamento, non si deve dar adito all'idea che la testa del
papero si raffreddi perche viene bagnata con acqua pili fredda dell'ambiente. Per questo motivo e
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