Tema D – Capitolo 2 – L’acqua
1. L’acqua e la vita
2. Il ciclo dell’acqua
3. L’umidità relativa dell’aria
4. L’umidità dell’aria e i fenomeni atmosferici
5. La pressione nell’acqua
6. La tensione superficiale
7. La capillarità
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L’acqua è essenziale per la nostra vita
Prima di nascere
passiamo nove mesi
immersi in un liquido
a base d’acqua.
Anche il nostro corpo
è fatto per lo più di acqua.
Non possiamo sopravvivere
a lungo senza bere acqua.
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L’idrosfera è l’insieme di tutte le acque e i ghiacci presenti sulla Terra
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Il ghiaccio galleggia sull’acqua: perché?
Normalmente le sostanze
liquide, quando solidificano,
diventano più dense.
L’acqua invece ha un
comportamento speciale:
quando diventa ghiaccio
occupa più volume, e dunque
la sua densità diminuisce.
Per questa ragione il ghiaccio
galleggia sull’acqua,anziché
andare a fondo.
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Il ghiaccio galleggia sull’acqua: è importante per la vita!
Grazie al fatto che il ghiaccio galleggia, lo strato superficiale di ghiaccio
isola l’acqua sottostante, evitando che la sua temperatura scenda sotto zero.
Così, anche quando fa molto freddo, gli organismi acquatici non congelano.
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Il ciclo dell’acqua
precipitazioni
condensazione
traspirazione
evaporazione
scorrimento superficiale e infiltrazioni
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Il ciclo dell’acqua: una semplice esperienza per vederlo in azione
Coprite con la pellicola una teglia di
vetro contenente un po’ d’acqua; poi
lasciatela al sole o su un termosifone.
Parte dell’acqua evapora e si accumula
come vapore acqueo sotto la pellicola.
Ora raffreddate il centro della pellicola
mettendoci sopra un po’ di ghiaccio.
Si condenseranno gocce d’acqua
che cadranno come pioggia.
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L’aria può saturarsi di vapore acqueo
Riempite un recipiente graduato
per un terzo con acqua bollente,
poi ricopritelo in modo ermetico.
Allora una parte dell’acqua evapora:
il suo livello scende, poi si stabilizza.
L’aria imprigionata sopra l’acqua è
diventata satura, cioè contiene la
massima quantità di vapore acqueo
che può contenere.
Si è raggiunto un equilibrio tra l’acqua e il vapore acqueo presente nell’aria:
se una parte dell’acqua evapora, altrettanto vapore condensa e torna liquido.
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L’aria può saturarsi di vapore acqueo
Dunque c’è un limite massimo
alla densità del vapore acqueo
contenuto nell’aria.
Oltre quel limite, l’aria è satura
e il vapore inizia a condensare.
Il valore del limite dipende
dalla temperatura dell’aria.
Esempio: a 30 ºC l’aria diventa satura
quando ogni metro cubo di aria contiene 32 g di vapore acqueo.
Quindi a 30 ºC la massima densità possibile del vapore acqueo è 32 g/m3.
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L’umidità relativa dell’aria si esprime come valore percentuale:
lo si ottiene dividendo la densità del vapore acqueo presente nell’aria
per la sua densità massima possibile, che renderebbe l’aria satura.
densità del vapore acqueo
nell’aria = 10 g/m3
valore massimo possibile
a 30 ºC = 32 g/m3
umidità relativa = 31%
il clima è secco e gradevole
densità del vapore acqueo
nell’aria = 24 g/m3
valore massimo possibile
a 30 ºC = 32 g/m3
umidità relativa = 75%
il clima è molto umido e afoso
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L’umidità dell’aria e i fenomeni atmosferici
L’aria umida è meno densa dell’aria secca (pesa meno, a parità di volume).
L’aria fredda e secca tende a scendere:
si formano aree di alta pressione
chiamate anche anticicloni.
L’aria calda e umida tende a
salire: si formano aree di bassa
pressione chiamate anche cicloni.
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Come nascono le nubi e le precipitazioni?
L’aria calda e umida sale
nell’atmosfera e si
raffredda in alta quota: il
vapore acqueo condensa
in minuscole goccioline
d’acqua, formando le nubi.
neve
pioggia
evaporazione
Se la temperatura continua
a scendere, le goccioline
si uniscono in gocce più
grandi che cadono verso il
suolo: è la pioggia.
Se le nubi si formano a quota elevata, il vapore acqueo forma cristalli di ghiaccio
che cadono verso il suolo: è la neve.
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I diversi tipi di nubi
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La nebbia e la brina
Quando l’aria è molto umida e fredda,
il vapore acqueo si condensa
formando nubi anche al suolo:
è la nebbia.
Nelle notti più fredde, con alta
pressione, il vapore acqueo diventa
direttamente solido, formando cristalli
di ghiaccio: è la brina.
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La pressione nell’acqua
Sott’acqua
la pressione aumenta
con la profondità.
Lo dimostra l’esperienza
della fotografia: l’acqua
zampilla con più forza
dal foro che si trova più
in basso.
Vicino alla superficie
dell’acqua la forza
del getto è minore.
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La pressione nell’acqua
Bastano 10 metri d’acqua
per generare una pressione
uguale a quella dell’atmosfera.
Così a 10 metri di profondità
la pressione è doppia rispetto
a quella atmosferica.
A 20 metri di profondità
la pressione diventa tripla
di quella atmosferica; e così via.
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Il principio dei vasi comunicanti
L’acqua versata in contenitori
collegati tra loro scorre in modo tale
da raggiungere nei vari recipienti
lo stesso livello.
Si può avere un dislivello soltanto
se si impedisce all’acqua di scorrere.
dislivello = differenza di pressione
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La tensione superficiale
Come gli insetti che camminano sull’acqua, anche una
graffetta di metallo, se la si appoggia dolcemente sull’acqua,
rimane a galla grazie alla tensione superficiale.
È come se sulla superficie dell’acqua ci fosse un’invisibile
pellicola: a crearla sono le forze di coesione tra le molecole
dell’acqua.
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La tensione superficiale
Anche le gocce d’acqua
si formano grazie al fenomeno
della tensione superficiale.
Alla superficie di separazione
acqua-aria le forze di coesione
tra le molecole dell’acqua
danno origine a un «sacchetto»
che racchiude la goccia.
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La tensione superficiale
La bottiglia non si svuota, anche
se la garza è piena di buchi!
La tensione superficiale «chiude»
i buchi tra i fili del tessuto: è come
se la bottiglia avesse un tappo!
garza
Se si tocca con un dito la garza bagnata,
la tensione superficiale «si rompe»
e un po’ d’acqua scorre via.
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La capillarità
In un tubicino molto piccolo
(sottile come un capello, cioè capillare)
l’acqua sale a un livello maggiore
rispetto all’acqua nel bicchiere.
Questo fenomeno, detto capillarità,
è dovuto alle forze di adesione
che attraggono le molecole dell’acqua
verso quelle delle pareti del recipiente.
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La capillarità
Una zolletta di zucchero posata sul caffè
in pochi secondi si imbeve tutta:
il caffè risale nei pori per capillarità.
Due vetrini uniti all’estremità di sinistra
e distanziati da un po’ di plastilina
all’estremità di destra: si vede così che
l’effetto della capillarità aumenta
quando le pareti sono più vicine
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La capillarità: un fenomeno importante per la vita!
Le piante sfruttano la capillarità
anche per far salire la linfa grezza
lungo il fusto, dalle radici fino alle foglie.
Il suolo è molto poroso: così grazie alla
capillarità l’acqua risale dal sottosuolo
fino alle radici delle piante.
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