Il testo che allego è costituito dagli appunti delle lezioni che mio padre ha tenuto per trent’anni presso la Scuola Leonardo in Aula di Scienze. Ho deciso di sistemarli e digitalizzarli e di renderli disponibili a voi insegnanti, così che possiate ampliare, modificare e arricchire il testo e mantenere viva l'iniziativa di mio padre e l’uso “pratico” dell'aula di scienze una delle tante grandi ricchezze della Leonardo e di noi che, bambini, l’abbiamo vissuta. Milano, 10 giugno 2009 Alberto Redaelli Guardando il mondo che ci circonda A cura di Giancarlo Redaelli Scuola Elementare di Stato
Leonardo da Vinci
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
A cura di Giancarlo Redaelli
Disegni di Paola Redaelli
In copertina: disegno ispirato al lavoro di fine d’anno delle classi V 1992
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
3
A marco, ilaria, sofia,
luca, matilde, niccolò,
martina e a quelli che
seguiranno
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
5
INDICE
CLASSE PRIMA - UNA FINESTRELLA SULLE COSE INANIMATE E
UNA FINESTRELLA SUI VEGETALI
OSSERVIAMO! SI MODIFICANO?
COSE INANIMATE ED ESSERI ANIMATI
14
CERCHIAMO INSIEME
14
LE COSE INANIMATE
15
I VEGETALI
15
UNA FABBRICA SOLARE
16
I RIFIUTI SOLIDI E GASSOSI DEGLI ANIMALI
17
SONO IL LORO NUTRIMENTO E SONO
TRASFORMATI DAI VEGETALI, CON L'AIUTO DEL
SOLE, IN NUOVO CIBO
COME AVERE UNA NUOVA PIANTA O UN NUOVO
17
ARBUSTO
LA RIPRODUZIONE NELLE CELLULE E NEI
18
VEGETALI
CLASSE SECONDA - UNA FINESTRELLA SUI SENSI, SULL'ACQUA E
SUL MONDO DI ALCUNI ANIMALI
PARTE PRIMA: IL PRIMO PROBLEMA E' QUELLO
23
DI SAPERE CIO' CHE AVVIENE INTORNO A NOI
Le cinque finestre
23
Il tatto
24
L'olfatto
24
Il gusto
25
I suoni e l'udito
26
La luce e l’occhio
27
PARTE SECONDA: LA BASE DELLA NOSTRA VITA
29
E' L'ACQUA
L'uomo e l'acqua
29
L'acqua dà una mano all'uomo per lavorare
29
Viaggiare per acqua
31
L'acqua sta orizzontale e noi beviamo
32
Ci sono cose che galleggiano ed altre che vanno giù
34
Giocar con l'acqua
34
PARTE TERZA: UNA PRIMA SBIRCIATINA AL
36
MONDO DEGLI ANIMALI
Gli insetti
36
I pesci
41
6
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
CLASSE TERZA- UNA FINESTRELLA SULLE COSE, SUL CALORE E
SUL MONDO DI ALTRI ANIMALI
INTRODUZIONE
47
Un diverso modo di guardare quel che succede
47
L’energia
48
Riguardiamo le nostre esperienze
49
PARTE SECONDA: UNA FINESTRELLASULLA
51
MATERIA E SUL CALORE
Come si presentano le cose: i miscugli
51
Le soluzioni
51
Le leghe
53
Separazione dei miscugli
53
La parte più piccola di una sostanza pura
54
I tre stati della materia - diamo o togliamo poco calore
55
Adesso diamo e togliamo molto calore
56
Quattrocentocinquanta anni prima dell'era cristiana
58
Le amicizie tra atomi: le molecole
60
PARTE TERZA: UNA SECONDA SBIRCIATINA AL
62
MONDO DEGLI ANIMALI
Mezzo pesci e mezzo animali terrestri
62
I rettili
63
Gli uccelli
64
CLASSE QUARTA: UNA FINESTRELLA SUL MOTO, SULLE FORZE,
SULLA PRESSIONE, SUI GIOCHI, CON LA LUCE E I SUONI, E SUL
MONDO DEI MAMMIFERI
INTRODUZIONE
71
PARTE PRIMA: IL MOTO E LE SUE CAUSE
Muoversi o star fermi
Cambiare il moto
Il peso cosa è?
Forze e reazioni
Il baricentro e l'equilibrio alla caduta di un comò
Datemi un punto....
Mettiamo assieme le forze
PARTE SECONDA: LA PRESSIONE NELL’ACQUA E
NELL’ARIA
Il palloncino che si gonfia
Il perché dei vasi comunicanti
Ma l'aria pesa?
La pressione nell'aria e nei gas
Bel tempo e brutto tempo
72
72
72
74
75
76
77
78
80
80
80
81
81
83
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
PARTE TERZA: GIOCHIAMO CON LA LUCE
Tanto per ricordare
Il mondo di Alice
Giochiamo con le lenti
La camera oscura
La macchina fotografica e l'occhio
PARTE QUARTA: QUALCHE ALTRA CURIOSITÀ SUI
SUONI
Cosa sappiamo già
Le stranezze nella musica
La trasmissione di suoni e rumori
La risonanza e l'eco
Il grammofono e l'orecchio
PARTE QUINTA: I MAMMIFERI
Una grande varietà di animali di cui facciamo parte.
Lo scheletro
Un sistema di fili per sentire e comandare tutto
I muscoli per muoversi
Il cibo per vivere
L'ossigeno per vivere
Una pompa e dei tubi assai importanti
Aver cura di sé
7
85
85
85
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102
102
102
104
104
105
CLASSE QUINTA - LE MACCHINE, IL VAPORE E
L’ELETTRICITÀ;COSE CHE PESANO MENO O CHE PESANO DI PIÙ;
IL MONDO E LE STELLE
INTRODUZIONE
109
PARTE PRIMA: LE PRIME MACCHINE
Che cosa è una macchina
La trasformazione del movimento
Mulini a vento a mulini di fiume
PARTE SECONDA: IL CALORE CHE LAVORA
La nascita dell'industria e la scoperta di Papin e Watt
La macchina a vapore tradizionale
La potenza
Le turbine a vapore
Il motore a scoppio
Il motore a reazione
PARTE TERZA: E DOPO IL MULINO?
Le centrali idroelettriche
Le turbine idrauliche
PARTE QUARTA: L'ELETTRICITA'
110
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GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
Un po’ di storia
Che cos'e l'elettricità
La pila
Il circuito, la lampadina, il motore.
Il magnetismo
I fenomeni elettromagnetici
Il generatore a corrente alternata e qualcosa di più sul
motore
Le applicazioni dell'elettrocalamita
Dal telefono al calcolatore
La potenza, il contatore ed il trasformatore
Non dare mai del tu all'elettricità
PARTE QUINTA: TORNIAMO DA ARCHIMEDE
Il peso specifico
L'acqua per galleggiare
Il diavoletto di Cartesio e altri giochi
PARTE SESTA: I FENOMENI DEL CIELO
Guardiamo un po’ per aria
Mettiamoci su un satellite e guardiamo la palla su cui
viviamo
Giorno e notte, inverno ed estate
Pianeti e stelle
Luna piena e luna nuova
Un universo popolato da fantasie e sconosciuti mondi
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141
141
141
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144
144
146
CONCLUSIONE
149
OMAGGIO A DEI BAMBINI GRANDI
151
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
9
NOTE E CONSIDERAZIONI Questo è il completamento del mio terzo
tentativo di mettere per iscritto i concetti di cui si parla, in modo diverso e
colloquiale, nell'aula di Scienze. Il primo tentativo era basato su schede per gli
Insegnanti in cui si indicavano gli strumenti necessari agli esperimenti, a cui
seguivano una serie di domande e risposte, che potevano animare gli esperimenti
stessi, ed un discorso ("tanto per ricordare") che riassumeva il filo logico di
quanto sperimentato e detto. Il secondo tentativo, in uso per le quarte e per le
quinte sino all'anno scolastico teste concluso (1991-1992), era la raccolta e
l’ampliamento del discorso "tanto per ricordare" del precedente fascicolo. "Le
parole volano e gli scritti restano": è stata sempre mia impressione che i bambini
debbano poter trovare, il giorno dopo l’incontro o anni dopo, una traccia di
quanto fatto in aula col loro aiuto e con la loro partecipazione. Il tutto secondo
uno schema logico: degli esperimenti slegati divertirebbero forse di più (senza
problemi concettuali), certamente darebbero una qualche curiosità ed abitudine
allo sperimentare, ma contribuirebbero ad alimentare quel caos di concetti slegati
ed imparaticci che già nascono nei bambini bombardati da televisione, fumetti e
discorsi vari. Questo terzo tentativo, che tiene conto dei nuovi programmi delle
Scuole Elementari, è il risultato di una ridistribuzione della materia nei cinque
anni (e non solo nei due ultimi), del suo arricchimento e della sua riscrittura nel
modo più piano possibile. Inoltre, per poter raggruppare tutte le Scienze in un
unico testo, sono state aggiunte delle considerazioni (sul mondo animale dalla
seconda alla quarta), che non sono oggetto di esperimenti nell'aula di Scienze,
ma che sono dl eventuale iniziativa dell'Insegnante, con il possibile ausilio di
tanti sussidi disponibili nell'aula Principato.
RINGRAZIAMENTI Si può dare solo (e in parte) quello che si è ricevuto.
E io sono molto grato a chi mi ha dato: innanzitutto alla mia prima Maestra, Aida
Fantini, che mi ha accolto in Leonardo, ed al Maestro Piazza, che tante buone
idee mi ha inculcate nel secondo ciclo. Il mio primo contatto con le Scienze,
nell'aula che oggi è intitolata al Maestro Principato (era il Maestro della classe
accanto), vedeva nel ruolo di Docente l’indimenticabile Direttore Piero Bianchi.
Alcune cose che allora vedemmo, mi ritornarono in mente anni dopo, quando,
ristudiando su libri quelle cose, solo la fantasia poteva assisterci, mancandoci le
strutture per l’osservazione diretta. Poi sono venuti tanti Professori. Troppi per
ricordarli tutti. Ne citerò quattro: la Professoressa Poggi (Ginnasio Parini) che mi
inculcò le basi della Matematica; il Prof. Massariello (Italiano al Liceo Classico
Carducci), che mi spiego che scrivere vuol dire comunicare e che più si è
semplici e chiari nello scrivere, più si comunica (e che chi parla per iniziati
talvolta maschera la non completa comprensione con un linguaggio astruso); il
Prof. Mari (Matematica e fisica nello stesso Liceo) che mi ha spiegato come
fossero tanto semplici le sue materie; il Prof. Bottani (Politecnico di Milano) che
ha cercato di darmi la chiave per affrontare l’ignoto con sistematicità e
chiarezza. Tornando alla Leonardo, mi è difficile citare tutti gli innumerevoli
Maestri che ho conosciuto ed apprezzato nel mio peregrinare tra le sue mura.
10
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
Desidero ringraziare particolarmente gli Insegnanti dei miei figli (non me ne
vogliano quelli dei miei fratelli e dei miei nipoti): la Maestra Schumitz, la
Maestra Tiziani dal Borgo (con cui ho iniziato queste mie esperienze
leonardesche), la Maestra Acerbi (che ho sempre ammirato per l’allegria che
infondeva nel suo insegnare). Molte altre Insegnanti (uso il femminile come
collettivo per i due generi per questioni di maggioranza) mi sono state amiche: è
imbarazzante una citazione, ma, tra chi ha più lavorato per il "Museo" e per
l’aula di Scienze, assistendomi nei miei tentativi, posso forse anche citare le
Maestre Del Bo, Gabrielli, Marcozzi, Santolini, che hanno ormai lasciato
l’insegnamento. Ce ne sono certamente molte altre, anche tra quelle ancora in
servizio, ma rischio troppo di commettere indelicatezze, per di più forse non
gradite, nel formulare un elenco. Tra i Direttori, devo ringraziare la Prof. Zeila
Cristofani, che mi ha concesso di iniziare il mio gioco coi bambini, il Prof.
Liborio Smriglio, che è stato per tanti anni mia guida, mio Direttore e mio amico
e la Prof. Domenica Saggin, che ha fatto sua questa mia esperienza. Ma più di
ogni altro devo ringraziare tutti i bambini, che col loro entusiasmo, la loro
vivacità e le loro domande, mi hanno permesso di partecipare al loro mondo
meraviglioso. Nello scambio educativo anche loro tanto mi hanno dato.
22 agosto 1992
Giancarlo Redaelli
Classe prima
UNA FINESTRELLA SULLE COSE INANIMATE
E UNA FINESTRELLA SUI VEGETALI
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
1
OSSERVIAMO! SI MODIFICANO?
13
14
2
CLASSE PRIMA
COSE INANIMATE ED ESSERI ANIMATI
Un disegno è fermo. Un disegno animato si muove. E' una
differenza, ma il solo movimento non basta per poter dire se si tratta
di un essere animato o no.
Anche l'acqua del fiume si muove e scorre, un sasso può rotolare,
ma non per questo posso dire che l'acqua e il sasso sono esseri
animati.
E allora?
Una cosa inanimata si muove perché la spingo, perché è in alto e
cade, perché interviene qualcuno o qualcosa per cambiare la
situazione.
Un vegetale (pianta, erba, arbusto) ha un suo movimento, anche
se in genere resta collegato, fissato ad un punto del terreno. Il fiore
può, ad esempio, cambiare inclinazione per incontrare i raggi del
sole.
Un animale è un essere "super-animato", perché può spostarsi da
un luogo all'altro.
Un essere animato si modifica da solo, cambia, ha una vita.
3
CERCHIAMO INSIEME
SASSO
SEME
PESCE
CHIAVE
ALBERO
SI MUOVE
DA SOLO
NON SI
MUOVE
SI
ALIMENTA
NON SI
ALIMENTA
CRESCE
NON
CRESCE
o Il seme diventa ...pianta,
o le foglie aumentano di numero, cadono ... si riformano,
o il cagnolino diventa...adulto,
BAMBINO
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
15
o i bambini diventano ... ragazzi, uomini.
• Un essere animato vive: nasce, si nutre, cresce ... muore.
• Una cosa inanimata non vive: non nasce, non si nutre, non
cresce... non muore.
o Lo scolaro, il cagnolino, il fiore ... sono esseri animati (le
persone, gli animali, i vegetali).
o Il sasso, la montagna, l’acqua, l’aria ... sono cose inanimate (le
cose).
Attenzione! Un'automobile si muove, ma non è un essere
animato. E' una macchina; si muove perché la fa muovere l'uomo,
bruciando benzina, dandole elettricità, guidando.
Un'auto nella vetrina o nel parcheggio è immobile. Un'auto non
cresce. Il Maggiolino tutto matto è una favola. Le cose inanimate
possono apparirci in tre modi diversi:
o Come liquidi: l’acqua, l’olio, il vino, l’aceto, eccetera.
o Come gas: l’aria, il metano, eccetera.
o Come solidi: il banco, i muri, il legno (separato dalla pianta,
morto), i sassi, eccetera.
Gli esseri animati in genere ci appaiono quasi sempre come solidi
uniti a liquido e a gas.
4
LE COSE INANIMATE
Vediamo e tocchiamo alcuni sassi o pietre.
Alcune sono dovute a materiale depositato, divenuto compatto in
tempi molto lunghi.
Alcune sono originate da vulcani: sono dei buchi nella terra da
cui esce la lava (pietre scaldate sino a divenire liquide) che poi si
solidifica (diventa solida, dura) raffreddandosi.
5
I VEGETALI
I vegetali mangiano. In parte si nutrono delle sostanze che sono
nel terreno: letame, sali, eccetera. Mangiano e bevono nello stesso
tempo.
Se voi bevete acqua vi dissetate solamente, ma se bevete latte è
come se mangiaste oltre che bere: vi nutrite con un liquido.
16
CLASSE PRIMA
Così le piante.
Le piante hanno radici che assorbono un liquido, che si chiama
linfa, che sale sino alle ultime foglie, depositando le sostanze
nutritive lungo la strada.
Come è possibile che un liquido vada verso l’alto?
Se vediamo un recipiente pieno d'acqua, notiamo che il liquido
sui bordi sale un po' bagnando più parete di quanto necessario.
E' dovuto ad una "pellicina" che tiene insieme la superficie
dell'acqua, quella che racchiude anche la goccia; questa "pellicina"
aderisce alle pareti. Se il tubo è molto stretto l'acqua, bagnando i
bordi, sale tutta e continua a salire. Lo stesso accade con una carta o
una stoffa che ha tanti piccoli buchi al suo interno.
La linfa poi ridiscende portando con se altre sostanze che
vedremo poi.
Attenzione! Sotto la corteccia scorre la linfa. Il rompere la
corteccia è come per noi ferirsi. La pianta soffre. E si è visto che le
piante hanno una loro sensibilità. Se si vuol loro bene crescono
meglio.
6
UNA FABBRICA SOLARE
Abbiamo visto come l’effetto "carta assorbente" permetta alla
linfa di satire dalle radici alle foglie. Essa poi ridiscende per il suo
peso. Questo via vai di linfa è vicino alla corteccia.
La linfa, salendo, porta acqua e sali minerali, come necessario
alla vita della pianta. Ma la pianta, come la maggior parte degli esseri
viventi, è fatta di carbonio (un parente stretto del carbone o dei
diamanti).
Allora intervengono le foglie: in esse c'è la clorofilla (verde).
Colpita dai raggi del sole (o, almeno, dalla luce), essa assorbe
dall'atmosfera l’anidride carbonica: quel gas che gli, animali e noi
facciamo uscire dai polmoni respirando o che si produce nel bruciare.
Perciò i vegetali si nutrono anche di aria.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
7
17
I RIFIUTI SOLIDI E GASSOSI DEGLI ANIMALI SONO IL
LORO NUTRIMENTO E SONO TRASFORMATI DAI
VEGETALI, CON L'AIUTO DEL SOLE, IN NUOVO CIBO
La foglia regala all'atmosfera l’ossigeno che è racchiuso
nell'anidride carbonica (e che noi riutilizziamo) e dà alla linfa il
carbonio. La linfa, scendendo verso le radici, deposita il carbonio
lungo la pianta per fare nuovo legno.
Alcuni vegetali sono anche capaci di immagazzinare il cibo di cui
non c'è bisogno subito nelle radici per i tempi di crisi e per alimentare
nuove pianticelle. Le radici si gonfiano, come si può vedere nelle
patate, in molti fiori (tulipani, belle di notte, dalie, ...), nelle carote,
eccetera.
la dispensa di alcuni arbusti
Come quasi tutti gli esseri viventi, anche il vegetale respira,
sempre attraverso le foglie. Respirare vuol dire assorbire ossigeno per
bruciare (lentamente senza fuoco) le sostanze nutritive. Però la pianta
respira molto poco e, di giorno, col sole (o almeno con la luce) è più
l'ossigeno che le foglie lasciano libero di quello che assorbono.
Noi, uomini o animali, vicino ad una pianta, respiriamo aria ricca
d'ossigeno, ma solo di giorno.
8
COME AVERE UNA NUOVA PIANTA O UN NUOVO
ARBUSTO
I vegetali hanno una grande vitalità. Hanno la possibilità di
metter radici invece di foglie. Così un rametto reciso talvolta riesce a
metter radici, se posto in un vaso con acqua.
18
CLASSE PRIMA
Così se metto della terra attorno ad un ramo crescono radici. Si
stacca poi il rametto e lo si può piantare.
Inoltre, se taglio un ramo e al suo posto infilo un ramo di altra
pianta, fasciando il tutto, vengo a far crescere la seconda pianta
usando le radici della prima.
Un rametto in acqua
mette radici
Un innesto
Anche un ramo coperto di
terra mette radici
In molte piante da frutto questo è utile: esse avrebbero radici
poco resistenti, mentre in questo modo utilizzano le radici resistenti
di una varietà più selvatica e resistente che però non darebbe buoni
frutti e bei fiori.
Però il sistema di riproduzione naturale è quello per mezzo dei
semi o delle spore.
9
LA RIPRODUZIONE NELLE CELLULE E NEI
VEGETALI
Ogni essere animato è formato da tanti "mattoncini" che, come è
logico, vivono: sono le cellule.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
19
La cellula è formata da una parte interna che si chiama nucleo e
da una sostanza che circonda il nucleo stesso.
In genere le cellule sono molto piccole (le vedi al microscopio),
però alcune, come le uova che mangiamo, sono grandi.
Esse si ingrossano e si dividono, diventando sempre più
numerose.
la cellula si moltiplica
Ci sono esseri viventi costituiti da una sola cellula, ma gli esseri
più complessi sono fatti di moltissime cellule. In questi casi, c'è una
cellula base (l'uovo) che darà vita a tante cellule, differenti le une
dalle altre, ciascuna con una sua funzione diversa: alcune cellule
divengono radici, altre la corteccia, altre il legno, altre le foglie, altre
i fiori...
L'uovo ha il compito di dare origine a questa organizzazione.
Solo però in qualche tipo di vegetale (per esempio nei funghi e nelle
felci), l'uovo (che in questi casi si chiama spora) possiede il
messaggio, le istruzioni complete per dar inizio alla crescita
organizzata di cellule e "costruire" un nuovo vegetale del suo tipo.
In quasi tutti gli esseri più complessi l'uovo possiede in sé solo
mezzo messaggio. Gliene manca una metà per cominciare a crescere.
Questa metà gli arriva da un'altra cellula esterna che, penetrando
nell'uovo, completa il messaggio.
Osserviamo un fiore.
20
CLASSE PRIMA
1:ovario; 2:sepali; 3:stami; 4:pistillo; 5:petali; 6:polline.
Nei fiori ci sono i sepali che racchiudono la base del fiore (il
calice). Sopra i sepali c'è la corolla dei petali che sono colorati e
profumati per attirare insetti ed uccelli (vedremo poi il perché).
Nel calice si trova l'ovario, coi pistilli, in cui vi sono minuscole
uova. Infine ci sono gli stami in cui è contenuto il polline.
Il polline possiede l’altra metà del messaggio che serve all'uovo
per cominciare a crescere. Gli insetti e gli uccelli, cercando il nettare
nei fiori, ne raccolgono il polline, che poi depositano su altri fiori.
Quando un granello di polline finisce sulla parte più alta di un
pistillo, penetra in esso e si unisce al minuscolo uovo. L'uovo allora
si ingrossa, forma il seme ed il frutto.
Il frutto, quando è maturo, cade. Se viene accolto in un terreno
adatto, dai suoi semi può nascere una nuova pianta.
Classe seconda
UNA FINESTRELLA SUI SENSI,
SULL’ACQUA
E SUL MONDO DI ALCUNI ANIMALI
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
23
PARTE PRIMA: IL PRIMO PROBLEMA E' QUELLO DI
SAPERE CIO' CHE AVVIENE ATTORNO A NOI
1
Le cinque finestre
Nei piani superiori del nostro meraviglioso corpo abita il cervello.
Nessuna macchina e nessun calcolatore elettronico sarà mai così bravo. La
Scienza ha fatto molte scoperte, ma non ci permette ancora di conoscere
completamente il suo funzionamento.
fig. 1 - i cinque tipi di finestre per il nostro cervello
Esso ricorda, dà gli ordini al nostro corpo, calcola, ragiona, pensa,
fantastica, ha sentimenti.
Ma nulla potrebbe fare il nostro cervello senza avere delle sensazioni: non
potrebbe ricordare quello che non ha mai saputo, non potrebbe dar ordini senza
saper quello che succede (sarebbe come guidar la macchina ad occhi chiusi e con
le orecchie tappate) e così via.
Il cervello, per funzionare, ha bisogno di conoscere il mondo esterno, di
comunicare. Il nostro cervello deve cioè, poter "guardar fuori" dal cranio dove
abita. Ha a disposizione, per questo, cinque tipi di finestre: i cinque sensi.
In tutti e cinque ci sono del collegamenti, come dei fili elettrici, che partono
dai punti dove noi abbiamo le sensazioni e arrivano al cervello; le sensazioni
sono così trasmesse da quei punti fino al cervello, in modo che quest'ultimo
possa sapere che cosa sta succedendo.
Questi "fili" sono i nervi, parti molto importanti del nostro corpo, perché
servono anche a trasmettere gli ordini del cervello ai nostri muscoli ed a
segnalarci, col dolore, che una certa parte del nostro corpo non funziona bene.
24
CLASSE SECONDA
I sensi sono: il tatto, l'olfatto, il gusto, l'udito e la vista.
Nei primi tre c’è un contatto quasi diretto tra i nervi e ciò che i nervi
esaminano. Negli altri due sensi le cose sono un po' più complicate.
Tutti i sensi collaborano tra di loro; quando uno dei sensi funziona meno
bene, gli altri cercano di funzionare meglio per aiutare il cervello a superare la
difficoltà.
E' giunto il momento di fare la conoscenza con ciascuno di essi.
2
Il tatto
Nel tatto i nervi arrivano sin sotto la pelle, un po' dappertutto nel nostro
corpo, ma specialmente nei polpastrelli delle nostre dita.
Con un po’ di esperimenti notiamo che il tatto ci dice:
¾
¾
¾
¾
¾
se ciò che tocchiamo è morbido o duro;
se la superfide toccata è scabra (ruvida) o liscia;
se essa è calda o fredda;
che forma ha;
se si muove o sta ferma.
Molte cose si capiscono col tatto. Non so se notate che il tatto funziona
meglio con gli occhi chiusi. Già, lo avevamo detto prima.
fig. 2 - i nervi, sotto la pelle, studiano quel che tocchiamo
3
L'olfatto
I nervi dell'olfatto stanno nel naso. I pesci al posto del naso hanno le
orecchie e respirano con le branchie che sono dove noi abbiamo le orecchie. Ma
noi, animali terrestri, abbiamo il naso in mezzo alla faccia. Perché? Cosa c’è
sotto al naso? La bocca. Il naso sta lì come un portiere (di calcio o, meglio, di
casa) per far la guardia. Se quello che vogliamo far passare dalla bocca ha un
odore schifoso o un odore che ci ricorda esperienze poco felici, il cervello dà
ordine alla bocca di chiudersi ed allo stomaco di contrarsi e ci vuole molta forza
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
25
di volontà per mangiare lo stesso.
Cosa vuol dire forza di volontà?
Vuol dire che la parte di cervello che pensa, decide, per esempio, che quella
medicina cattiva fa bene e comanda a quella parte di cervello, che agisce
automaticamente (per istinto), di prenderla e di non fare capricci.
Ma come funziona questo naso?
Noi col naso respiriamo. Inspiriamo (che parola difficile: vuol dire respirare
tirando dentro l'aria; espirare e invece soffiarla fuori). Inspirando, dicevamo,
creiamo una minuscola tromba d'aria che solleva delle piccolissime parti di
quello che ci sta sotto il naso.
Questi bruscolini vengono aspirati, cioè inspirati nel naso, dove dei pelini,
che funzionano proprio come dei piccoli chimici, studiano, diremmo analizzano,
di che cosa è fatta quella sostanza che è arrivata.
Ma quei bravi scienziati sono attaccati ai nervi e si affrettano a comunicare
al cervello il risultato delle loro analisi.
fig. 3 - nel naso vivono dei nervi-scienziati
4
Il gusto
Il nostro cucchiaio di minestra ha passato l'esame dei tecnici del naso ed è
arrivato in bocca. Ma lì c'è la lingua che aspetta.
La lingua, ha molte buone qualità:
¾ è molto mobile e arriva dappertutto;
¾ ci aiuta a parlare, ma anche questo non c’entra con il gusto;
¾ è molto sensibile al tatto (si accorge subito se la minestra è fredda o
scotta, se è densa o acquosa, se scivola via facilmente o se è un po'
appiccicosa), ma anche questo è, appunto, tatto e non gusto;
26
CLASSE SECONDA
¾ è un po' rugosa ed è sempre, soprattutto se si ha fame, bagnata di
saliva (e questo serve al gusto);
¾ è piena di papille gustative, ossia di piccole torricelle, piene di
nervi, bravissime a far analisi chimiche (e questo è quello che serve
al gusto);
¾ ci aiuta a mandar giù i bocconi.
fig. 4 - le nostre papilla gustative sono specializzate
La lingua scioglie via, con la saliva, o gratta via, con la sua piccola ruvidità,
alcune particelle del boccone che abbiamo messo in bocca. Le papille gustative
esaminano chimicamente la qualità di queste piccole parti del boccone ed
informano il cervello, che decide ... di sputare tutto. (Vergogna! Non si fa!)
Ma queste papille gustative sono specializzate: proviamo a bagnare la lingua
con una sostanza acida (succo di limone), con una dolce (acqua zuccherata), con
una salata (acqua salata) e con una amara (cioccolato senza zucchero che è quasi
amaro). Si scopre che:
¾ proprio con la punta della lingua si sente il salato;
¾ un po' più indietro si sente il dolce;
¾ il limone si sente sui bordi di fianco alla lingua;
¾ l'amaro si sente proprio in fondo alla lingua.
Ciascuna parte della lingua è specializzata in qualcosa.
Il nostro corpo è proprio divertente da scoprire!
5
I suoni e l'udito
Ci si può accorgere molto facilmente che i suoni, così come i rumori, sono
causati da vibrazioni di cose elastiche. Le cose che vibrano meglio causano dei
suoni; quelle che vibrano in modo disordinato danno dei rumori.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
27
fig.5 - la strada del suono.
Il suono si propaga nei gas, come l’aria, nei liquidi e nei solidi compatti.
Come fa? La vibrazione comprime. ad esempio, l'aria più vicina, che, a sua volta,
comprime lo straterello d'aria che segue e così via. Si formano perciò delle onde
di aria schiacciata che si allontanano dalla sorgente del rumore.
Queste onde vanno da tutte le parti. Alcune vengono raccolte dal padiglione
del nostro orecchio e fanno vibrare il timpano; degli ossicini trasmettono poi la
vibrazione ad uno strano osso fatto a forma di chiocciola in cui si trovano dei
nervetti che avvertono il cervello che il suono (o rumore) è arrivato.
6
La luce e l’occhio
La luce è una cosa molto complicata. Ci sono delle sorgenti di luce che
emettono dei corpuscoli, tra i più piccoli che l'uomo conosca (molto più piccoli
degli atomi di cui avrete sentito parlare) che vengono lanciati tutti attorno. Essi
si comportano come delle minuscolissime palline che viaggiano molto veloci (da
qui alla luna ci mettono un po' più di un secondo).
Viaggiano sempre dritte, ma, abbiamo visto, se incontrano un ostacolo
rimbalzano. Se l'ostacolo è liscio come uno specchio rimbalzano ordinatamente,
come delle brave palline su una superficie liscia. Se l'ostacolo non è uno
specchio ed è opaco rimbalzano da tutte le parti e questo ostacolo ci pare
illuminato, come se fosse lui a buttar fuori palline di luce. E dietro ostacolo? C'è
il buio l'ombra.
Se l'ostacolo è invece trasparente, la luce passa. Però, passando dall'aria
all'acqua o al vetro, la luce si piega, come se fosse spezzata. Ma la luce è fatta di
tante palline diverse tra di loro, che si piegano in modo diverso. Perciò, facendo
28
CLASSE SECONDA
cadere un raggio su un cristallo di forma strana, vediamo l'arcobaleno.
fig 6 - la strada delle immagini
Con questo ed altri semplici esperimenti, capiamo che il bianco è la somma
di tutti i colori e che un vetro colorato fa passare le sole palline di un certo
colore.
Attraverso la pupilla dell'occhio passano le palline che arrivano a noi. In
fondo ad esso c'è la retina, fatta tutta di nervetti che si affrettano a comunicare al
cervello che ''mi è semblato di vedele un gatto".
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
29
PARTE SECONDA: LA BASE DELLA NOSTRA VITA E'
L'ACQUA
1
L'uomo e l'acqua
Quasi tutti gli esseri viventi hanno bisogno di due cose per vivere: hanno
bisogno dell'ossigeno (che c'è nell'aria) e dell'acqua. Abbiamo visto che le piante
producono ossigeno e poco ne consumano, ma quel poco è necessario. I pesci
vivono nell'acqua, ma utilizzano per vivere quel po' di ossigeno che anche
l'acqua cattura dall'aria. Gli insetti e gli animali sulla terra e nell'aria utilizzano
molto ossigeno che, per loro, è vita. Dell'aria occorrerà parlare più a fondo e lo
faremo un prossimo anno.
L'acqua, però, la vediamo ora, dato che è ancora più importante per la vita:
gli esseri animati sono fatti anche d'acqua e, senza acqua, c'è deserto; però i
cactus nel deserto contengono un po' d'acqua, presa forse dall'umidità della notte.
Si pensa che i primi animali siano stati pesci; alcuni sono poi divenuti
anfibi, cioè in grado, come le rane, di vivere un po' nell'acqua e poi sulla terra. In
seguito sono arrivati i rettili, i sauri, gli uccelli e gli animali terrestri.
Il corpo dell'uomo è fatto, per la maggior parte, di acqua. Si forma in un
liquido molto simile all'acqua; ha poi bisogno d'acqua per crescere e per vivere.
Noi facciamo tanta fatica per imparare a nuotare, ma, appena nati,
sapremmo nuotare per istinto. Certamente. andando a fare una passeggiata in
campagna, ci sentiamo istintivamente attratti da un ruscelletto, anche se il nostro
zaino è ben provvisto di borraccia piena d'acqua e se magari abbiamo portato con
noi ampie scorte di aranciate o altre bevande. Infatti i ricordi delle esperienze dei
nostri antenati, entrati in noi con la nascita. ci dicono che l'acqua è (quasi
sempre) amica.
L'acqua ci serve:
¾ per bere;
¾ per mantenerci puliti e per mantenere pulite le nostre cose;
¾ per difenderci (basti pensare alle palafitte ed ai fossati dei castelli e
delle città);
¾ per far muovere le prime macchine che ha avuto l'uomo;
¾ per permettere ai nostri antenati di spostarsi nell'intrico della foresta
(seguendo il corso dei fiumi), per evitare le insidie delle paludi
(sabbie mobili) e, infine per affrontare i laghi ed il mare.
Di questi ultimi servizi che ci fa l'acqua parleremo nei prossimi capitoli.
2
L'acqua dà una mano all'uomo per lavorare
I nostri superantenati si sono accorti che la forza dell'acqua corrente è in
grado di scavare terre e rocce, di trasportare, non solo cose che galleggino, ma
anche sabbia e ciotoli.
30
CLASSE SECONDA
Già molto prima che esistesse (si fa per dire) il gatto con gli stivali, l’uomo
aveva inventato il mulino.
Il mulino era certo meno faticoso e più utile per macinare che lo strofinio di
due pietre mosse a mano o il battere ritmato del pestello nei mortaio. Però le
prime macine erano mosse dalla fatica dell'uomo o degli animali domestici.
Certamente la scoperta del mulino ad acqua (così come di quello a vento) ha
segnato un grande progresso sulla via della civiltà. Col mulino si è riusciti a fare
molte cose, anche a sollevare l'acqua, ma l'uso più comune è stato quello del
mulino per macinare. Ve ne sono molti ancora attorno a Milano, anche se non
funzionanti; noi ne abbiamo uno piccolo piccolo in classe. Vediamo come
funziona.
fig. 7 - macina, macina, macina
L'acqua in movimento preme sulle pale e le muove. La ruota gira ed una
serie di ingranaggi e pulegge trasmettono il moto alle macine. I1 nostro mulino è
un po' strano, perché ha due tipi di macine.
La prima è a molazze e va bene sia per il grano e per gli altri cereali, sia per
i semi oleosi (l’oliva in particolare). E' fatta da grandi ruote di pietra che rotolano
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
31
in tondo in una vasca di pietra con uno sportello su un lato. Le mote girando
stritolano tutto quanto incontrano. Il grano diviene farina e le olive si
trasformano in una pasta oleosa. In quest'ultimo caso questa pasta viene poi
pressata, racchiusa in canestri morbidi a forma di basco, e ne esce olio con un po'
d'acqua; quest'ultima si separa da sola in grandi vasche, in quanto l'olio galleggia
sull’acqua.
Nel mulino a palmenti si hanno due grandi pietre tonde. La prima ha un foro
centrale ed è tenuta ferma; la seconda, sotto gira lentamente, mossa dai mulino.
Funziona come due palmi di mano che sbriciolino qualcosa: il grano viene
introdotto dal foro centrale della pietra superiore e si sposta lentamente tra le due
pietre, verso il bordo, divenendo nei frattempo farina.
3
Viaggiare per acqua
Prima di terminare i vostri studi alla Leonardo vi insegneranno a nuotare. E'
una cosa molto importante, ma non è questo il momento giusto per parlarne. Non
è nemmeno il caso di parlare ora di pagaie, remi o vele.
Ci occuperemo invece di torrenti, di fiumi e di canali.
I torrenti sono corsi d'acqua che poco aiutano alla navigazione: l'acqua vi
scorre in modo turbolento; non sempre durante tutto l'anno e, in generale, sono
poco profondi, con pietre che affiorano, con salti, ecc.. Proprio non sono adatti.
I fiumi hanno acqua nei loro letto tutto l'anno, sono più profondi e più calmi.
Questo almeno in teoria, perché non esiste una distinzione netta tra fiumi e
torrenti (come in tutte le cose della natura) e ci sono fiumi che sembrano torrenti
e torrenti che sembrano fiumi.
In genere un fiume nasce da una sorgente e, per il primo tratto, ha un
andamento torrentizio (sembra un torrente). Poi riceve acqua da altri fiumi e
torrenti, così come dalla pioggia che cade nella sua valle (bacino del fiume) e si
ingrossa. Alla fine diventa più profondo e più navigabile. Però, nei tratti in cui
scende molto, la corrente è veloce, ci possono essere rocce affioranti, si hanno le
cosiddette rapide, che sono percorribili solo da canoe di esperti vogatori (e non
sempre). Possiamo poi avere delle cascate, quando il livello del terreno cambia
bruscamente. E in quei posti non si naviga. Infine, quando il fiume giunge in
pianura, verso la foce, il letto del fiume diviene irregolare: la sabbia e la terra,
trasportate dalla corrente giù dalle montagne, si deposita e si hanno banchi di
sabbia, paludi e, così, la navigazione torna ad essere difficile. Tutto questo capita
più spesso quando il fiume termina (si dice sfocia dalla parola foce = fine del
fiume) non con un solo corso d'acqua (l'estuario), ma dividendosi in più corsi
d'acqua (il delta).
Ma l'umanità voleva navigare, non con fragili canoe, ma trasportando merci;
i fiumi non sempre andavano bene. Allora i nostri antenati hanno cominciato a
costruire fiumi artificiali, i canali, che scorrono accanto ai fiumi o, in pianura, tra
un fiume e l’altro. Talvolta si sono limitati a regolare il letto del fiume, come se
32
CLASSE SECONDA
fosse un canale.
fig. 8 - e via per fiumi e canali!
Rimaneva il problema dei salti di livello, ossia delle rapide, delle cascate,
che non vanno bene per dei canali. Sono state inventate le chiuse, che sono degli
ascensori ad acqua: ci sono due porte che separano un pezzetto di canale da due
parti di canale a livello diverso; immettendo o togliendo acqua nella parte di
canale tra le porte, si può regolare il livello per averlo uguale a quello al di la
della porta di ingresso o di quella di uscita; quando i livelli sono uguali, la porta
corrispondente può essere aperta e i battelli possono passare.
In Italia ci sono pochi canali, perché ci sono molte montagne e poche
pianure, perché c'è il mare che permette di navigare senza problemi e perché, per
molti secoli e fino a 130 anni fa, l'Italia è stata divisa e governata da stranieri. La
maggior parte dei canali è nella pianura padana; sapete chi ne ha progettati
molti? Un certo Leonardo da Vinci, di cui avete forse sentito parlare.
Al di la delle Alpi, l’Europa è una grande pianura con poche montagne; per
questo ci sono molti canali, percorsi da grandi barconi che ne trascinano altri
carichi solo di merci, come dei rimorchi: sono le chiatte. Sui barconi vive il
"guidatore", spesso con la sua famiglia, che lo accompagna nei suoi lunghi
viaggi.
4
L'acqua sta orizzontale e noi beviamo
Uno specchio d'acqua (catino, stagno, lago, pezzo di mare), quando non ci
siano onde e l'acqua sia ferma, è orizzontale; vuol dire che non pende da nessuna
parte, ha lo stesso livello.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
33
Questa caratteristica è vera anche per dei tubi (in scienze si chiamano vasi)
che siano collegati tra loro (i vasi comunicanti). Non ha nessuna importanza la
loro forma, il loro percorso ed il percorso del tubo che li collega: il livello del
liquido nei vari tubi (la regola è vera anche per liquidi diversi dall'acqua) è
sempre uguale.
In futuro capiremo il perché. Per ora ci basti scoprire come questo fatto sia
importante per... bere.
La roccia è fatta spesso da strati impermeabili e da altri in cui l'acqua può
passare. Questi strati, in origine orizzontali, sono poi diventati ondulati a causa
del lentissimo, ma continuo movimento della crosta terrestre. Sono nate le
montagne, le cui cime sono rotte dalla pioggia e dal vento. La neve e la pioggia
cadono sulle montagne e l'acqua si infila negli strati in cui può passare, che si
comportano quasi come dei grandi tubi piatti.
Se fossero liberi, come veri tubi, l'acqua entrata in una vetta correrebbe
liberamente fino ad un'altra vetta di altezza uguale o inferiore, passando sotto la
valle; in realtà l'acqua arriva anche molto lontano, superando altre montagne e
valli, ma più si allontana, meno ha la forza di risalire. Cosi, se ho un foro nella
roccia vicino al nevaio, l'acqua sgorga in una sorgente; se ho un tubo conficcato
in una roccia a valle, sempre vicino alla montagna, ho un pozzo in cui l'acqua
sgorga da sola (il pozzo artesiano); se sono abbastanza lontano dalle montagne e
faccio un pozzo, l'acqua non risale più da sola, ma posso raccoglierla con un
secchio.
fig. 9 - il lungo viaggio dell'acqua
Attenzione la roccia ha molti strati: in quelli più superficiali può essersi
introdotta acqua piovana che trasporta sostanze non bevibili, che il terreno (che è
molto bravo in queste cose) non è riuscito ancora ad eliminare. Conviene perciò
fare pozzi profondi per raggiungere l'acqua più protetta, che viene da lontano ed
è più pulita.
Altra conseguenza importante dei vasi comunicanti è la distribuzione
34
CLASSE SECONDA
dell'acqua nelle città e nei paesi per mezzo degli acquedotti. E' chiaro che se ho
un serbatoio abbastanza alto a cui sono collegati dei tubi, in tutti i tubi l'acqua
arriva allo stesso livello che nei serbatoio. Se apro un rubinetto in uno di questi
tubi l'acqua esce per noi.
Anche per domare gli incendi occorre acqua ed i tubi che portano ai
rubinetti (bocchette) anti-incendio funzionano per gli stessi motivi.
5
Ci sono cose che galleggiano ed altre che vanno giù
Se metto oggetti diversi (ma anche liquidi) nell'acqua, alcuni affondano ed
altri galleggiano, immergendosi nell'acqua in modo diverso.
Per ora si può notare che quelli che pesano più di quanto peserebbe lo stesso
oggetto fatto d'acqua, vanno a fondo.
fig. 10 - a proposito di acqua…
Quelli che pesano meno galleggiano. Meno pesano, più galleggiano, cioè si
immergono meno.
Noi pesiamo meno dell'acqua, perché siamo fatti di ossa (più pesanti), ma
anche di liquidi simili all'acqua e di sostanze (come il grasso o l’aria dei
polmoni) che pesano meno. Se stessimo fermi, coi polmoni pieni,
galleggeremmo un po'. Se urliamo (svuotando i polmoni) e ci agitiamo
scompostamente rischiamo di andare giù, specialmente se siamo appesantiti da
vestiti e scarpe.
6
Giocar con l'acqua
Avete visto qualche volta qualcuno che imbottiglia il vino?
Noi non abbiamo vino, ma possiamo imbottigliare l'acqua.
Come funziona? E' sempre la faccenda dei vasi comunicanti: se collego due
recipienti con un tubo che è pieno d'acqua (o di vino), non importa il percorso
che fa il tubo; il livello nei due recipienti (vasi) vorrebbe essere lo stesso, ma,
essendo diverso. il liquido continua a scorrere da quello col livello più alto a
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
35
quello col livello minore, finché i livelli non riescano, se possono, ad essere
eguali.
La pompa: la nostra pompa è aspirante e premente.
Quando sollevo il pistone l’acqua viene succhiata su (come fate voi con la
cannuccia). Una valvolina (ossia un tappetto di vetro mobile che si apre solo
quando l’acqua sale) impedisce all'acqua di ridiscendere. Quando premo il
pistone allora l'acqua imbocca l'altro tubicino con l'altra valvola, permettendo di
riempire l'altro serbatoio. Con la pompa si riesce perciò a mandare con forza
l'acqua verso l'alto o in un qualsiasi tubo.
36
CLASSE SECONDA
PARTE TERZA: UNA PRIMA SBIRCIATINA AL MONDO
DEGLI ANIMALI
1
1.1
Gli insetti
Utili, simpatici, nocivi
Ci sono infinite varietà di insetti. essi vivono nell'acqua, sotto terra, sulla
terra e nell'aria.
Ce ne sono di utili, di simpatici, di nocivi... . Quando usiamo le parole
"utile", "simpatico", eccetera, ci riferiamo al nostro modo di vivere e di pensare.
Certamente la zanzara a noi non piace, ma è molto ricercata da pipistrelli,
rondini ed anatre, che le mangiano o ne mangiano le uova.
E' così anche per molti altri insetti, forse tutti, che hanno un loro ruolo nella
vita di altri animali.
Facciamo qui una tabella con alcuni insetti comuni giudicati dal nostro
punto di vista:
INSETTO
Ape
baco da seta
chiocciola
cicala
farfalla
formica
grillo
lombrico
mosca
pidocchio
pulce
ragno
vespa
zanzara
……….
……….
……….
……….
UTIlE
miele, polline
seta
polline
(cibo?)
Concima
mangia mosche
polline
……….
……….
……….
……….
SIMPATICO
arnia
casetta
frinisce
bella
interessante
fa cri cri
……….
……….
……….
……….
NOCIVO
punge
mangia gelso
mangia fiori
bruco mangia
fastidiosa
mangia radici
microbi
parassita
parassita
può pungere
punge
punge
……….
……….
……….
……….
Non è possibile conoscere tutti gli insetti. Limitiamoci a qualche esempio
più comune o più rappresentativo. Chi di voi è in gamba può cercare notizie,
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
37
disegni, eccetera, eccetera su altri insetti e compilare altri fogli di questo libro
per il piacere e la curiosità sua e dei compagni. Il ricercare per curiosità ed in
allegria è certo divertente.
1.2
Bruchi, crisalidi, farfalle
Le farfalle hanno quattro ali (in qualche caso le due ali di ciascun lato
sembrano unite) ed un corpo diviso in tre parti: la testa, il torace e l’addome.
Nella testa troviamo le antenne, che sono organi di tatto (un po' come le
nostre mani), gli occhi, che sono composti da più occhietti attaccati come delle
more e che permettono di guardare da molte parti senza essere girati, e la bocca a
proboscide.
Il torace, collegato solidamente all'addome, porta le ali e sei zampe, talvolta
pelose per delle ciglia, che pure servono al tatto.
Il mondo delle farfalle è diviso in due grandi "tribù": quella delle farfalle
diurne e quella delle notturne. E' evidente che le prime volano dall'alba al
tramonto e riposano di notte; le altre dal tramonto all'alba e se ne stanno
rintanate di giorno. Come si riconoscono? Le diurne a riposo hanno le ali ritte sul
dorso (in verticale), una di fianco all'altra. Le notturne a riposo hanno ali
orizzontali, come un aeroplano.
Le diurne hanno bei colori sulle ali, per assomigliare ai fiori, del cui nettare
si cibano, e salvarsi così dagli uccelli e dagli altri loro nemici. Le notturne (tra
cui ci sono anche le comuni camole e le falene) hanno ali biancastre o
trasparenti.
La farfalla non nasce farfalla, ma bruco (o baco) e ha tre vite. Seguiamo la
storia di una brutta farfalla notturna, tanto utile all'uomo: il baco da seta.
Quando mamma farfalla depone, in lunghe file, le sue uova, ha inizio una
nuova generazione di bachi. Le uova non sono covate, anche perché mamma
farfalla ha altro da fare e, nel caso del baco da seta, non vive a lungo.
Dalle uova, molto piccole, nascono dei bruchetti, lunghi pochi millimetri.
Sono scuri e voracissimi. Cercano immediatamente le foglie del loro albero
preferito, il gelso, e mangiano, mangiano, mangiano con un incredibile rumore
delle loro mascelle. Allo stato naturale riescono a distruggere una pianta
mangiandone tutte le foglie. Sono quasi cilindrici (con 12 rigonfiamenti ad
38
CLASSE SECONDA
anello), in poco tempo divengono bianchi, hanno la bocca e non la proboscide,
non hanno ali, hanno cornini al posto delle antenne, hanno zampette cortissime e
tozze. Hanno, lungo il corpo, dei buchetti scuri con cui respirano.
Quando sono allevati vivono su lettiere coperte di foglie di gelso, che
l’allevatore si procura senza danneggiare troppo le piante. Le lettiere devono
essere pulite e i bachi che muoiono (forse anche per indigestione) devono essere
tolti.
fig. 11 - le tre vite di un baco da seta
Mangiando, mangiando, mangiando, il nostro bruchetto diviene lungo circa
una decina di centimetri.
Quando si vive allevando bachi, ci si abitua al rumore incessante di fondo
che fanno i bruchi mangiando. Ad un certo punto tutto tace e ci si stupisce del
silenzio. Si va a vedere e si scopre che i bruchi hanno smesso di mangiare. Sono
fermi, immobili e, dopo un po’, la pelle si rompe ed esce un nuovo baco più
grosso: è la muta. Devono cambiare pelle, come voi il vestito, perché essa è
rigida e non si allunga quanto è necessario durante la loro crescita. Questo
avviene quattro volte.
Dopo la quarta muta il buon allevatore ha posto dei rami sulle lettiere; ben
inteso, se vuole farli felici, dei rami del loro caro gelso. Si va a vedere e si vede
che questa volta non dormono, ma sollevano il capo, si guardano attorno e poi
lentamente si avviano, arrampicandosi su per i rami. Giunti al posto che più
piace a loro, cominciano ad emettere, da una apertura sotto la bocca, un
sottilissimo filo di seta e si mettono a fare, con moto ondeggiante e circolare, una
specie di danza orientale.
Il filo gira tutto attorno al baco, che viene adagio adagio racchiuso tutto in
un bozzolo. A questo punto il baco diviene come morto dentro al bozzolo. Se i
bozzoli servono per far la seta, il baco muore realmente ed il filo dei bozzoli
viene srotolato, per formare, assieme ad altri fili, un filo abbastanza resistente da
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
39
essere tessuto.
Se, invece, i bozzoli non sono disturbati, il nostro baco si trasforma in
crisalide. La crisalide, che resta immobile dentro al bozzolo, assume forme assai
diverse da quelle del baco: assomiglia assai di più alla farfalla. Infatti, nei quasi
trenta giorni in cui l'animaletto è crisalide, esso si trasforma, quatto, quatto, in
farfalla.
La farfalla, quando si risveglia, buca il bozzolo, esce e vola in giro. Ci sono
farfalle femmina, che possono deporre le uova.
Ma le uova non produrrebbero nuovi bachi se la loro mamma non ricevesse
quei famosi mezzi messaggi dalla farfalla maschio (ricordate il polline e gli ovuli
dei fiori?). Quando una farfalla maschio ed una femmina si piacciono e
desiderano mettere al mondo nuovi bruchetti, volano assieme per un po', sinchè
non arrivano alla femmina i mezzi messaggi che fanno di un uovo un "uovofuturo-bruco". Quando la femmina deporrà queste uova speciali, da esse
ricomincerà il ciclo della vita.
1.3
Il mondo industrioso delle api
Le api sono insetti con due ali trasparenti, come le mosche. Hanno però la
vita, tra torace ed addome, più stretta e l'addome giallo-nero. Le api, come le
vespe, vivono in gruppi organizzati e hanno una casa: il favo, per le api o il nido
per le vespe. Il favo è tondeggiante, a uovo, ed è ricoperto di rametti e pagliuzze.
L'uomo, quando le alleva, prepara per loro un'arnia (o alveare), ossia una specie
di casetta in legno. Nell'arnia o nel favo le api costruiscono con la cera tante
piccole cellette esagonali, in cui vengono deposte le uova e si pone il miele, che
nutre le larve nella loro crescita.
Le larve sono la prima forma che assume l'ape appena nata. Rimangono
nelle loro cellette a mangiare il miele sino a che non sono insetti maturi, pronti a
prendere il volo.
La maggior parte delle larve divengono api operaie. Sono più piccole delle
altre e dotate di pungiglione. Non fanno uova, pur essendo femmine; vivono, in
genere, un solo mese e si sobbarcano tutto il lavoro nell'alveare. Sono loro che
volano di fiore in fiore, succhiando con la proboscide il nettare (che è una
sostanza zuccherina che si trova nei calici dei fiori) assieme ad un po' di polline.
Tornate nell'arnia, esse depositano miele e cera, fabbricati dai loro organi interni.
Poi, esse, muovendo le ali, si preoccupano di ventilare l’interno dell'alveare.
Infine, col loro pungiglione, lo difendono da intrusi e da tutto quello che lo può
minacciare. Nel pungere, però, l'ape operaia può avere il pungiglione strappato e,
in tal caso, non sopravvive.
Alcune larve diventano invece api regine, grosse quasi il doppio delle
operaie e con una vita molto più lunga, di alcuni anni. Una sola ape regina può
vivere in un alveare. La prima nata uccide eventuali sorelle o le costringe alla
fuga. Ci sono anche le api maschio, i fuchi, un po' più piccoli dell'ape regina.
40
CLASSE SECONDA
fig. 12 - l'ape industriosa
Appena formata l'ape regina spicca il volo verso l'alto, seguita da tutti i
fuchi. Quello di loro che riesce a volare meglio raggiunge in alto la regina e le
trasmette il mezzo messaggio che servirà per tutte le uova che la regina deporrà.
A questo punto i fuchi non servono più e sono uccisi o cacciati lontano dall'arnia
dalle api operate. L'ape regina torna invece nell'arnia da cui non uscirà più, se
non in caso di trasloco. Passera la vita a deporre le tantissime uova, nutrita e
accudita dalle api operaie.
Io penso che il miele vi piaccia. Quando lo mangiate vogliate rivolgere un
pensiero di gratitudine ai fiori, che han prodotto il nettare, e alle api operaie che
han fatto tanta fatica per fabbricarvelo.
Questo modo di vivere in società organizzate non è solo delle api. Molti altri
insetti, come le formiche o le termiti hanno delle organizzazioni che permettono
la sopravvivenza a questi esseri piccoli e, se soli, deboli.
1.4
Cri cri cantava il grillo nella notte
I simpatici grilli sono parenti delle assai meno simpatiche cavallette e dei
comuni saltamartini. Sono però scuri, spesso neri, con una gran testa e due
zampe posteriori lunghe per saltare bene. Hanno quattro ali: due superiori rigide
inadatte al volo, di protezione, e due inferiori leggere, leggere. Non amano il
freddo e vivono nei campi.
Il loro caratteristico cri cri è una serenata che i maschi fanno per piacere alle
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
41
signorine grillo. Cosa suonano? Le ali, quelle rigide, sfregandole l'una sull'altra.
Anche il suono meno armonioso della cicala, il frinire, è fatto con le ali.
Ciascuno si arrangia come può.
fig. 13 - il grillo innamorato
2
2.1
I pesci
C’è chi respira con le orecchie e chi col naso
Anche i pesci hanno bisogno d'ossigeno per respirare; se fossero però fatti
come noi, nell'acqua annegherebbero miserrimamente. Ma, a saperla cercare,
anche nell'acqua c’è dell'aria: lo scorrere del fiume, il moto ondoso del lago o del
mare, le correnti, le foglie verdi delle alghe e altri fenomeni fanno sì che
nell'acqua rimanga intrappolato dell'ossigeno. I pesci hanno al termine del capo
delle aperture, dette branchie, che, con movimento ritmico, aspirano e espirano
acqua.
L'ossigeno, che si trova in piccolissime bollicine nell'acqua, viene catturato
dalla superficie interna delle branchie e passato al sangue, così come avviene nei
nostri polmoni.
Nell'acqua poi ci sono dei suoni, anzi i suoni si trasmettono bene, come
possiamo notare se immergiamo le orecchie nella vasca da bagno e qualcuno
bussa sul bordo della stessa.
Sono rumori diversi e prodotti in modo un po' differente da come facciamo
noi, sfruttando l'aria dei polmoni. E anche il pesce può sentirli. Il fianco del capo
è però ingombrato dalle branchie ed allora i condotti uditivi partono dalla cima
del muso, dove gli altri animali hanno le narici. Tra l'altro in questo modo i pesci
sentono bene i rumori che rimbalzano da ostacoli sul loro cammino, il che non
guasta.
42
2.2
CLASSE SECONDA
Altre particolarità del signor Pesce
fig. 14 - un pesce come visto ai raggi X
Il pesce non ha gambe e braccia. ma ha le pinne, che gli servono, assieme
all'ondeggiare della coda, per avanzare. Ce ne sono spesso sul dorso e verso la
coda (sotto e sopra), ma ce ne sono due un po' particolari ed interessanti: se si
guarda un pesce ai raggi X, si notano due pinne, una per lato, subitodietro le
branchie, che assomigliano molto a due braccia o a due zampe anteriori.
Davvero ci sono tante misteriose somiglianze tra gli esseri viventi e forse è
vero che il primo essere terrestre fu un pesce che riuscì a respirare direttamente
l'aria. Misteri! Noi non c’eravamo e possiamo solo immaginare quello che può
essere successo.
La lisca del pesce è formata dai cranio, dalle ossa dietro il cranio, dalla sua
spina dorsale, dalle costole e da tante spine (dalle nostre parti si chiamano anche
resche) che irrobustiscono il dorso e la coda. Ci sono però altre spine in
corrispondenza delle pinne sul dorso e sulla coda e spesso lungo la schiena, che
non sono collegate alla spina dorsale. Il numero di "resche" varia da pesce a
pesce. Sono in genere simili alle ossa, ma in alcuni grandi pesci, come il
pescecane e gli altri squali, le ossa sono più molli. Attenzione! La balena, il
delfino, il capidoglio ed altri simili animali non sono pesci; sono mammiferi
come noi, le mucche ed i leoni: un altro tipo di animali che vedremo in un
prossimo anno.
I pesci depongono le uova. Non dovete pensare a delle uova col guscio,
come quelle degli uccelli. Le uova sono mollicce; forse ne avete viste, perché il
costoso caviale è un ammasso di uova di storione. La femmina depone tantissime
uova perché il mondo dei pesci è tutt'altro che pacifico, pieno di esseri l'uno in
lotta con l'altro per sopravvivere, e così la maggior parte dei pesciolini appena
nati fa una brutta fine. Le uova deposte dal pesce femmina sono, per i pesci più
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
43
comuni, con solo mezzo messaggio per svilupparsi; il pesce maschio, però,
restando accanto alla femmina che depone le uova, fa cadere sulle stesse un
liquido denso che contiene l'altra metà del messaggio e così una nuova vita può
cominciare.
Classe terza
UNA FINESTRELLA SULLE COSE SUL CALORE
E SUL MONDO DI ALTRI ANIMALI
47
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
PARTE PRIMA: INTRODUZIONE
1
Un diverso modo di guardare quel che succede
Ogni persona adulta possiede una carta d'identità. In essa c’è una fotografia
e si leggono nome, cognome, abitazione e, poi, una breve descrizione: età,
altezza, colore degli occhi e dei capelli. In qualche caso, sulla scheda può essere
indicato anche il peso e poi se si tratta di un tipo robusto (forza fisica) o veloce,
quali siano le caratteristiche della sua voce, eccetera.
Ogni adulto, che lavori o abbia lavorato non per proprio conto, ha, in
aggiunta, un altro libretto, che si chiama libretto di lavoro. Su di esso sono
annotate cose diverse da quelle che si trovano sulla carta d'identità: le scuole che
ha frequentato, le professioni che ha esercitato, eccetera.
Anche nelle scienze le cose che esistono o che succedono possono essere
viste in due modi diversi: quello, tipo carta d'identità, che vede le caratteristiche
fisiche e quello, tipo lavoro, che considera l’energia ed il suo tramutarsi.
CARTA D’IDENTITA’ N°
Cognome………………………………
Nome…………………………………..
Nato i1…………………………………
Cittadinanza …………………………...
Residenza………………………………
Stato Civile…………………………….
Professione…………………………….
LIBRETTO DI LAVORO N°
Rilasciato a……………………………
Nato a…………………..il……………
Grado di istruzione……………………
…………………..…………………….
Linguie estere conosciute……………..
…………………..…………………….
Cittadinanza…………………………...
E’
stato
all’estero?
…………………….
Statura…………………………………. Servizio militare……………………….
Capelli………………...………………. Specialità…………….Grado………….
.
Occhi ………………………………….. Combattente…………..Decorato……..
Segni
Mutilato/invalido……………...………
particolari………………………..
Orfano di guerra……………………….
Visite
mediche
periodiche……………..
…………………..……………………..
…………………..……………………..
Ditta o ente
STATO DI SERVIZIO
Località
data di
Stipendio
Assunz. Licenz
.
Qualifica
48
CLASSE TERZA
fig. 1 - carta di identità e libretto di lavoro
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
2
49
L’energia
Che cosa è l’energia?
Alla mattina ci siamo alzati ed abbiamo consumato la prima colazione.
Perché? Perché ci sentivamo deboli e non avremmo potuto affrontare la giornata
a stomaco vuoto. Avevamo bisogno di sostanze nutrienti per far funzionare il
nostro corpo, quasi come un'automobile, che ha bisogno di benzina per
funzionare.
Alla fine ci siamo sentiti pieni di energia. Cos'era successo? Nel cibo c’è
una speciale energia (avete sentito parlare di calorie?) che noi trasformiamo con
un lavoro chimico in energia muscolare ed in energia cerebrale.
Durante la mattinata lavoriamo (per le scienze anche un lavoro divertente,
come il gioco, è lavoro) e trasformiamo, col nostro lavoro, l’energia che è in noi
in altri tipi di energia; all'una abbiamo trasformato tutta l’energia che avevamo e
sentiamo ancora fame.
Un esempio: se sfreghiamo le mani, facciamo un lavoro trasformando
l’energia muscolare in energia calore.
fig. 2 - alcuni esempi di trasformazione di energia
Se ho un oggetto sul pavimento e mi chino per sollevarlo faccio un lavoro.
Adesso l’oggetto si trova più in alto e può cadere. Col mio lavoro ho trasformato
energia muscolare in una speciale energia dell'oggetto che è dovuta alla sua
posizione.
Lascio andare l’oggetto. Cade. Cadendo perde l’energia che aveva stando in
alto, ma acquista un'altra energia che è legata all'essere veloce. Alla fine torna al
punto di prima, ma, se sotto si trova una pulce, la schiaccia; comunque anche il
50
CLASSE TERZA
pavimento si scalda di pochissimo. Anche questi sono lavori. Alla fine io ho
usato energia muscolare per schiacciare una pulce e dar calore al pavimento
(cioè ho maggior energia calore nel pavimento).
I tipi di energia che esistono sono tantissimi: quella chimica nelle sostanze,
quella meccanica, quella elettrica, quella del suono, il calore, la luce, quella
dovuta alla posizione delle cose, quella dovuta alla loro velocità, eccetera,
eccetera. Esse si tramutano l’una nell'altra con un lavoro, che può essere di un
uomo, di una macchina, della natura.
Logicamente c’è un collegamento tra molte notizie tipo "identità" e quelle
tipo "lavoro": se un uomo è forte e giovane (identità) può far lo spaccalegna o il
pugile (lavoro), se veloce il corridore, se ha la voce forte ed intonata il cantante...
Così una macchina veloce in genere consuma molta benzina per fare un grosso
lavoro.
Di queste cose parleremo a lungo nei prossimi anni. Per ora riguardiamo
insieme il cammino percorso per riconoscere insieme che cosa c’entri l’energia
con quanto abbiamo visto.
3
Riguardiamo le nostre esperienze
Abbiamo visto che il suono nasce, come il rumore, da una vibrazione che si
propaga in un solido o in un liquido o in un gas (tipo aria) in tutti i sensi. Una
delle caratteristiche del suono è il volume (le altre le vedremo in seguito). E'
chiaro che se io impiego molta energia nel pizzicare una corda avrò un volume
sonoro alto. Da un punto di vista energetico avrò fatto un lavoro che trasforma
molta energia muscolare in energia sonora. Se l’energia è troppa il mio povero
orecchio sarà danneggiato dal troppo lavoro e mi sentirò assordato.
Se annuso con molta energia sentirò odori più forti.
La luce è già energia: le famose particelle (palline, le abbiamo chiamate) di
luce sono particelle di energia buttate fuori dalla materia (che è praticamente
fatta di energia) in condizioni speciali. Vanno da tutte le parti sino ad essere
assorbite da ostacoli opachi (che si scaldano) o finire nella nostra pupilla. La
pupilla diventa piccola o grande per "dosare" l’energia luce ed evitare che noi si
rimanga abbagliati.
Per l’acqua, abbiamo visto barche, mulini, vasi comunicanti e cose che
galleggiano.
Chiaramente per le barche occorre energia per muoversi: l’energia
muscolare (remi o cavallo sull'alzaia), l’energia del vento (vela), l’energia
chimica della nafta (motore) si trasformano in energia di movimento della barca
(e, in parte, scaldano l’acqua).
Il mulino sfrutta l’energia dell'acqua (o del vento) per trasformarla in
energia meccanica e macinare.
L’acqua stessa ha energia perché il sole (con l’evaporazione del mare e dei
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
51
laghi) la trasporta in alto (energia per la posizione); poi cade sulle montagne e
scende acquistando velocità e, di conseguenza, energia di moto.
Per i vasi comunicanti e il galleggiamento è più complicato parlare di
energia. Si può dire che la superficie resta piatta o le cose galleggiano immobili
quando tutte le parti hanno uguale energia di posizione ossia sono in equilibrio.
52
CLASSE TERZA
PARTE SECONDA: UNA FINESTRELLA SULLA MATERIA E SUL
CALORE
1
Come si presentano le cose: i miscugli
Se ci guardiamo in giro, scopriamo che le cose inanimate o gli esseri
animati non sono uniformi al loro interno. Abbiamo visto col microscopio dei
pezzettini di esseri animati e abbiamo notato che in essi ci sono tanti colori, dei
vuoti e come dei disegni. Ma basta guardare e pensare alla propria mano per
accorgersi che è fatta di liquidi, come il sangue, di grassi, di ossa, di muscoli,
ecc. Ma nel sangue ci sono i globuli rossi e quelli bianchi, c’è l’ossigeno e tanti
liquidi diversi. I globuli rossi, a loro volta, sono fatti di tante sostanze diverse.
Allo stesso modo, se guardo un banco (legno non più vivente), mi accorgo
delle venature, che subito ci fanno pensare a sostanze diverse collegate tra loro.
Se guardiamo delle pietre, sia quelle di origine vulcanica che quelle nate da
depositi di materiali, notiamo che non sono uniformi, ma fatte di diverse
sostanze mischiate assieme l’aria, che è il gas più comune, è fatta d'ossigeno, di
azoto (quattro volte di più) e di altre sostanze come anidride carbonica,
pulviscolo, ecc.
Alla fine possiamo dire che quasi mai le sostanze nel mondo si presentano
pure nello stato in cui sono. Sono dei miscugli (o miscele) di altre sostanze, che
possiamo chiamare pure. Nelle cose inanimate la miscela è molto spesso casuale;
negli esseri animati la miscela è in gran parte organizzata, in quanto le varie
sostanze formano un insieme che vive.
fig. 3 - in natura...
2
Le soluzioni
In un miscuglio le varie sostanze pure rimangono 1'una accanto all'altra
"senza conoscersi" indipendenti. Vi sono però dei casi in cui le sostanze si
legano tra loro "in amicizia", pur conservando le loro caratteristiche. Sono queste
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
53
le soluzioni. Abbiamo provato a mischiare acqua e farina: la farina assorbe un
po' d'acqua, ma rimane per conto suo e, anzi, si deposita poi sul fondo della
provetta. E' un miscuglio. Abbiamo poi provato con acqua e zucchero (lo stesso
esperimento potevamo farlo con acqua e sale): se lo zucchero che aggiungiamo
non è troppo, lo zucchero scompare alla vista e l’acqua diviene acqua zuccherata.
E' una soluzione; diciamo di aver sciolto lo zucchero nell'acqua. Nel vino c’è una
soluzione tra due liquidi: alcool nell'acqua. Ad essi sono mischiate altre sostanze
che poi si depositano sul fondo col tempo. Nell'aceto la soluzione è di acido
acetico nell'acqua; alcuni piccolissimi esseri viventi, le anguillule dell'aceto,
hanno trasformato l’alcool in acido acetico. Queste anguillule le troviamo sul
fondo delle damigiane d'aceto in una massa scura, che, a prima vista assomiglia
al fegato di un animale: si chiama madre dell'aceto.
Se sul vino o sull'aceto o sull'acqua metto dell'olio e mescolo, vediamo che
l’olio non si scioglie, rimane in piccole goccioline e poi si separa subito,
galleggiando. Per curiosità notiamo che se agitiamo molto una sostanza grassa in
un'altra acquosa, nasce un altro fenomeno più complicato: l’insieme diviene
un'emulsione e si solidifica: è il caso dell'uovo sbattuto o della maionese.
Abbiamo visto che nell'acqua possiamo sciogliere solo una determinata
quantità di zucchero; se ne aggiungo troppo si deposita sul fondo. Abbiamo
anche visto che, se l’acqua è calda, è maggiore la quantità di zucchero che posso
sciogliere. Questa è una regola delle soluzioni.
Anche nei gas ci sono soluzioni: il vapor d'acqua inizialmente sta per conto
suo come nuvoletta bianca. Poi si scioglie nei gas dell'aria e scompare dalla
nostra vista, pur continuando ad esistere. Noi sentiamo l’aria umida anche
quando l’aria è trasparente. Se fa caldo e l’umidità non è troppa, comunque l’aria
è limpida. Se fa freddo o se l’umidità è troppa, il vapor d'acqua si separa dai gas
dell'aria (proprio come lo zucchero) e abbiamo le nuvole o la nebbia.
fig. 4 - esperienze con soluzioni e miscugli
54
3
CLASSE TERZA
Le leghe
Anche i solidi hanno delle soluzioni. Logicamente la soluzione avviene
quando i solidi sono liquefatti, fusi. Raffreddandosi tornano solidi come
soluzione e si chiamano leghe.
Le leghe sono molto importanti, anche per la storia dell'umanità.
Alle origini 1'uomo usava le pietre come utensili. Poi imparò a lavorare le
pietre scheggiandole o colpendole con pietre più dure. Poi imparò che, se
metteva sul fuoco delle speciali pietre (diremmo noi dei minerali), si separava
per fusione una sostanza pura rossastra che poteva essere lavorata per ottenere
utensili, armi (purtroppo non solo per la caccia) e oggetti ornamentali. Aveva
trovato il rame.
Un bel giorno scopri che anche da altri minerali si potevano ricavare
sostanze facili da lavorare (metalli). Una, che si fondeva facilmente, era lo
stagno. Forse per caso, accadde che mischio rame e stagno fusi. Quando il tutto
si raffreddò si trovò con una lega molto più dura e resistente sia del rame che
dello stagno: il bronzo.
Il bronzo resiste alla corrosione, con un po' d'argento ha un bel suono
(campane), può sopportare grandi sforzi. Con la scoperta del bronzo cambiò la
civiltà, ossia il modo, di vivere dell'umanità. Tanto che un grande periodo della
storia del mondo fu detto età del bronzo.
E' chiaro che dopo la scoperta della prima lega l'uomo continuò a
sperimentare. E' stata trovata un'altra lega fatta di rame e zinco (un metallo certo
più duro dello stagno). La lega però era meno pregiata del bronzo, anche se è
ancora oggi in uso: è l'ottone. Un bel giorno l'uomo riuscì a raggiungere
temperature più alte ed a fondere, da dei minerali, un altro metallo molto
importante: il ferro. Il ferro arrugginisce, ma per certi usi si dimostrò più utile del
bronzo. Tra l’altro era più facile da lavorare poi all'incudine. L’età del ferro, che
dalle nostre parti cominciò mille anni prima di Cristo, fu pure molto importante.
Oggi si usa ancora il ferro, ma ancor più si usa una sua lega: l’acciaio. E' fatta
fondendo col ferro un po' di carbonio (è il nome della sostanza pura che c’è nelle
mine delle matite, nel carbone, nei diamanti ed in molte altre cose).
L’uomo poi si è comunque sbizzarrito fondendo assieme molti altri metalli:
ha ottenuto tante altre leghe; avrete sentito nominare gli acciai al tungsteno, al
vanadio, al silicio; così pure il peltro e così via.
4
Separazione dei miscugli
Torniamo ai nostri miscugli. Come accennato in precedenza, è stato
importante per l’umanità cercare di separare i miscugli per ottenere sostanze
pure. Alcuni sistemi li abbiamo già esaminati prima.
In molti casi, tra liquidi e tra solidi e liquidi, si sfrutta il fatto che granelli
uguali o gocce uguali di due sostanze possono avere peso diverso. La sostanza
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
55
più pesante si deposita in basso per gravità (vi ricordate l'esperimento fatto lo
scorso anno con le bottigliette?). Altro mezzo, per solidi mischiati a liquidi, può
essere l’uso di un filtro. Se vogliamo aumentare l’effetto, invece della forza di
gravità possiamo pompare il liquido in un filtro o sfruttare la forza centrifuga,
usando un recipiente che ruoti come il cestello della vostra lavatrice. Nel caso
della lavatrice, essa trattiene i solidi (panni) e lascia uscire da opportuni fori i
liquidi; nel caso di due liquidi, facciamo girare il tutto in un recipiente chiuso; la
sostanza più pesante si raccoglierà all'esterno e, aprendo un rubinetto mentre
gira, potremo far uscire prima il liquido più pesante.
Per i solidi macinati, un tipo di separazione (se i granelli hanno forma
diversa) può essere per mezzo di un setaccio. Se i granelli hanno peso diverso o
diverso attrito si può ancora impiegare la forza centrifuga (i piatti dei cercatori
d'oro).
Per i solidi non macinati, fatti di materiali che fondono a temperature
diverse, si può usare il calore, come fecero gli Etruschi ed i Romani all'isola
d'Elba. Abbiamo visto che lo stesso sistema si usa per lo zolfo in Sicilia.
In ogni modo, per separare i miscugli usiamo mezzi fisici, ossia forze, pesi,
calore, macine, filtri e setacci. Vedremo poi che col calore si possono separare
anche le soluzioni.
fig. 5 - alcuni modi per separare miscugli di solidi e di liquidi
5
La parte più piccola di una sostanza pura
Adesso bisogna usare la fantasia perché parliamo di cose tanto piccole che
non si possono vedere, almeno con i mezzi che abbiamo.
Abbiamo parlato di sostanze pure, cioè sostanze che non sono miscugli,
soluzioni o leghe. Per esempio il gesso della lavagna, posto che si immagini di
poterlo pulire da tutte le impurità che contiene e dalle ditate di chi lo maneggia.
Pensiamo ad un granello piccolo piccolo e pensiamo di poterlo dividere in
pezzetti sempre più piccoli, usando un coltellino magico degli Elfi.
56
CLASSE TERZA
Ci sarà un pezzettino di gesso, che sia ancora gesso, ma che sia il più
piccolo possibile.
Questo pezzettino è stato riconosciuto (senza l’aiuto degli Elfi, ma con
mezzi ancor più complicati) e si chiama molecola di gesso.
Abbiamo tante molecole di tipo diverso, ciascun tipo per ogni sostanza pura.
In un grammo di ferro ci sono circa diecimila miliardi di miliardi di
molecole di ferro. Ci si aspetterebbe che stessero tutte lì, appiccicate. Niente
vero! Sono staccate le une dalle altre e si muovono, come in una danza, tanto più
velocemente quanto più il ferro è caldo. Questo fatto ha grandi conseguenze in
quello che vedremo poi.
6
I tre stati della materia - diamo o togliamo poco calore
Sappiamo ormai benissimo che in natura abbiamo tre stati (stato vuol qui
dire modo di essere): i solidi, i liquidi e i gas (chiamati anche aeriformi).
Tra le tante loro diversità notiamo anche che i liquidi e i solidi, quando
compressi, non diventano più piccoli, non si comprimono, almeno in modo
visibile. I gas invece no: il pistone della nostra siringa, che col pieno d'acqua non
si muoveva, col pieno d'aria senza dubbio si muove; torna elasticamente al punto
di prima non appena cessa la pressione.
Proviamo ora a fornire poco calore a dei recipienti che contengano aria o
acqua e ad una sferetta metallica. Il volume dell'aria cresce in modo notevole.
Anche il liquido, posto in una bottiglietta a bulbo con un lungo collo, aumenta di
livello. Non ci stupisce troppo perché conosciamo i termometri, in cui si trova
un bulbo pieno di mercurio (o altro liquido) con uno stretto tubicino. Più è alta la
temperatura, più si innalza il livello del liquido e noi sappiamo .... se abbiamo la
febbre.
Per la sferetta non si vede niente a prima vista; però se ne misuriamo il
diametro facendola passare per un buco, ci accorgiamo che le dimensioni sono
cambiate. E' questo il motivo per cui nei ponti in ferro o cemento si lasciano
delle fessure, riempite di materiale elastico, per permettere il loro allungamento
col caldo dell'estate.
Una conseguenza è la macchinetta del caffè: scaldandola, l’aria e l’acqua
nella parte bassa aumentano di volume. l’unica uscita è l’imbutino in alto e così
l’acqua passa per il caffè e ricade nel recipiente superiore. Prima sale l’acqua;
quando comincia ad uscire l’aria, si sente il tipico borbottio e la mamma dice:
"Filippo (o Maria) corri a spegnere il gas!"
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
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fig. 6 - giocando con poco calore
E' facile spiegarsi tutto questo. Abbiamo detto che le molecole ballano tanto
più quanto maggiore è la temperatura. Per ballare più velocemente ci vuole più
spazio: bisogna ingrandire la stanza da ballo.
7
Adesso diamo e togliamo molto calore
Togliendo o aggiungendo molto calore si può cambiare stato, ossia passare
da gas a liquido o da liquido a solido o viceversa. Noi conosciamo benissimo
l’acqua, che è presente nella nostra cucina nello stato di ghiaccio, in quello acqua
ed in quello vapore. In teoria ogni sostanza od ogni soluzione può essere ottenuta
nei tre stati. Però per le pietre conosciamo la lava (stato liquido), ma non
possiamo realizzare delle temperature sufficienti ad avere il gas. Invece la
sostanza legnosa, quando è scaldata, brucia. Per averla fusa bisogna evitare il
contatto con l’ossigeno che alimenta il fuoco.
Facciamo una tabella con i nomi di questi fenomeni:
SOLIDIFICAZIONE SOLIDO
LIQUIDO
CONDENSAZIONE
GAS
FUSIONE
SUBLIMAZIONE
EBOLLIZIONE
la FUSIONE è chiamata anche LIQUEFAZIONE.
I GAS sono anche detti AERIFORMI.
La sublimazione è un passaggio diretto dallo stato solido a quello di gas, che
avviene in certe sostanze come lo iodio, la naftalina ed il ghiaccio secco.
58
CLASSE TERZA
Abbiamo paragonato per gioco il ballo delle molecole nei solidi ad un "ballo
liscio", quello nei liquidi ad un "valzer" e quello nei gas ad un "ballo moderno".
Perciò nel passaggio tra ballo liscio e valzer le eventuali coppie (soluzioni)
decidono assieme quando passare da una danza all'altra e viceversa. Nel caso del
passaggio al ballo moderno ciascun ballerino fa per conto suo.
A parte gli scherzi, ciascuna sostanza pura, se non abbiamo delle soluzioni,
o ciascuna soluzione ha una sua temperatura per passare dallo stato solido a
quello liquido e viceversa. Per l’acqua a livello del mare la temperatura è di 0°C;
per soluzioni di alcool (o grassi o zuccheri) in acqua è più bassa di 0°C.
Ad una determinata temperatura (per l’acqua da noi a 100°C) ogni sostanza
pura bolle e le soluzioni si separano. Al passaggio in diminuzione della stessa
temperatura, il vapore, quando è isolato, condensa.
Si può avere il passaggio (ad esempio) di acqua a vapore anche con
l’evaporazione, che avviene a qualsiasi temperatura tra 0° e 100°C, quando i gas
dell'aria assorbono per soluzione il vapore d'acqua. Quando è troppa l’umidità
nell'aria per una certa temperatura, si può avere una condensazione che inizi
anche a temperature più basse di cento gradi.
fig. 7 - distillazione e sublimazione
Una conseguenza di questi fenomeni è la possibilità di separare le soluzioni
liquide. Per esempio abbiamo visto dell'acqua salata che viene distillata: la si
scalda e a 100°C l'acqua bolle, abbandonando il sale; poi si raffredda il vapor
d'acqua, che condensa in acqua non più salata. Simile alla distillazione è
l’ebollizione del vino: prima bolle l’alcool infiammabile e poi l’acqua che
spegne il fiammifero. La distillazione viene usata per ricavare dal mare acqua
dolce, per fare le grappe e gli altri prodotti superalcolici, per ricavare in
successione gas, benzina, gasolio, nafta e catrame dal petrolio, ecc.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
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59
Quattrocentocinquanta anni prima dell'era cristiana
Democrito e Leucippo avevano ragione
Se ci si pensa si capisce che le sostanze pure sono moltissime, tante che
forse non è possibile contarle.
Quattrocentocinquanta anni prima di Cristo, due Greci che pensavano
(erano infatti dei filosofi, amanti della sapienza), Democrito e Leucippo, ebbero
un'idea: tutte le tantissime sostanze pure (e le loro molecole, diciamo noi) sono
formate da particelle ancora più piccole di poche sostanze speciali, le sostanze
elementari messe assieme in modo diverse. Queste particelle più piccole secondo
loro non si potevano tagliare e atomo in greco vuol dire "non tagliato".
Essi pensavano che le sostanze elementari fossero tre; invece se ne sono
trovate 103, che è un numero sempre molto piccolo rispetto a quello grandissimo
delle sostanze pure. Le sostanze elementari sono fatte da atomi dello stesso tipo,
mentre le altre sostanze pure sono composte da atomi diversi; si chiamano infatti
composti chimici. Sono molto diversi dalle soluzioni, perché i composti
cambiano molto aspetto rispetto alle sostanze elementari che li compongono. La
nostra molecola di gesso è fatta da atomi di idrogeno (un gas), di ossigeno (un
altro gas) e di zolfo (che è la nota sostanza gialla).
In un'altra cosa si sbagliavano Democrito e Leucippo: dopo duemila
trecento cinquanta anni (!) si è scoperto che l’atomo è anch'esso fatto di
particelle più piccole, alcune grandi come quel famoso corpuscolo di energia
luce, che noi scherzosamente abbiamo chiamato pallina di luce. Come sapete le
palline di luce sono energia e nell'atomo energia e materia sono un po' la stessa
cosa.
Limitandoci ai corpuscoli più importanti, possiamo dire che l’atomo è fatto
come un piccolissimo sole, a cui girano attorno dei pianeti ancor più piccoli. Al
centro c’è il nucleo fatto di particelle più grosse, dette protoni, e da altre di
uguali dimensioni, dette neutroni. Attorno ruotano delle altre particelle molto più
piccole dette elettroni. I protoni hanno in se un tipo di carica elettrica, chiamata
positiva (+) e gli elettroni un'altra. Diversa, chiamata negativa (-). Le cariche
positive attirano le negative, ma la velocità con cui girano gli elettroni li
mantiene lontani. Un po' come il sole e la terra: la terra è attratta per gravità dal
sole; non ci casca perché, ruotando, la forza centrifuga la tiene lontano. Il
numero degli elettroni e dei protoni è uguale in ciascun tipo di atomo.
Si è scoperto che ciascuna sostanza elementare ha un suo diverso numero di
protoni (ed elettroni): l’idrogeno ne ha uno, l’elio due, ... l’ossigeno otto, ... il
ferro ventisei, ... il rame ventinove,... il laurenzio centotre.
Gli elettroni non sono disposti a caso: vicini al nucleo con "orbite" (vuol
dire il loro percorso circolare) di uguali dimensioni ce ne possono star due; nelle
orbite con la successiva dimensione otto, poi ancora otto, poi diciotto e così via.
Abbiamo fatto il paragone di una torta con tante fette (il nucleo) attorno alla
60
CLASSE TERZA
quale un numero uguale di bambini (gli elettroni) girano in girotondo: c’è un
girotondo di due bambini; fuori un'altro di otto e così via fin che ci sono fette.
fig. 8 - un atomo
Molto spesso accade che i girotondi esterni non sono completi; quando
rimangono pochi bambini soli e tristi, abbiamo uno speciale tipo di sostanza
elementare che si chiama metallo; quando invece mancano pochi bambini a
completare il girotondo, ho i metalloidi; quando il numero di bambini è giusto,
tutti sono felici e ho i gas nobili.
fig. 9 - atomi disegnati in modo semplice
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
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Le amicizie tra atomi: le molecole
Proviamo a cambiare le molecole spostando gli atomi: le reazioni chimiche
Se foste uno o due bambini in un girotondo esterno di un atomo, costretti a
girare soli soli, vi annoiereste. Se foste invece dei bambini del girotondo esterno
di un altro atomo a cui mancano solo uno o due bambini per completare il
cerchio, cerchereste qualche altro bambino che voglia giocare con voi.
E' quello che succede a due atomi di idrogeno (un gas), che hanno ciascuno
un solo bambino che si annoia. Passa vicino un atomo d'ossigeno (famoso gas
dell'aria): nel suo ultimo girotondo mancano due bambini per chiudere il cerchio.
Che fareste voi? Si accordano di tenere vicine le forze e di giocare tutti assieme
in un grande girotondo felice. Hanno formato una molecola di una sostanza pura
ben nota: l’acqua.
Le molecole delle sostanze pure, che non sono sostanze elementari, si
formano così. Queste sostanze si chiamano anche composti chimici, perché sono
composti da atomi diversi.
Può capitare che le amicizie cambino, o che si formino dei composti da due
sostanze elementari. Quando cambio le molecole faccio delle reazioni chimiche.
Le reazioni chimiche sono sempre accompagnate da energia (in genere
calore o luce) che viene assorbita o buttata fuori. Sempre pensando ai bambini
del nostro gioco è chiaro che un cambio di amicizie, naturale per vostra idea o
voluto dai genitori, provoca gioie e malumori: è il caldo o il freddo o la luce
degli atomi.
fig. 10 - La molecola d'acqua
Conosciamo, senza saperlo, tante reazioni chimiche: la ruggine che è ferro
che quietamente si mette assieme all'ossigeno, il fuoco in cui una molecola
combustibile (per esempio la cellulosa del legno o il metano del fornello o il gas
dell'accendino) si combinano con l’ossigeno. Lo stesso dicasi per il nostro cibo,
combinato ancora una volta con l’ossigeno che respiriamo.
Noi abbiamo fatto un paio di reazioni chimiche in classe. Ricordiamo in
particolare quella col potassio: un pezzetto di potassio (che è un metallo che si
taglia col coltello) è stato buttato nell'acqua. Subito con gioia si è unito ad un
atomo di idrogeno ed ad uno di ossigeno per formare una specie di detersivo (la
62
CLASSE TERZA
potassa); è uscito un po' d'idrogeno che ha preso fuoco, combinandosi
all'ossigeno che c’è nell'aria e formando una nuvoletta di vapor d'acqua.
Se indico con K l’atomo di potassio, H l’atomo di idrogeno e con O quello
di ossigeno, posso scrivere:
KK + HOH + HOH = KOH + KOH + HH
HH + O = HOH
[*]
La chimica può essere bellissima, se ci si appassiona, ma noi, come sempre
non possiamo che darci un'occhiatina; ci sarà poi chi vi dirà tante cose senza
giocare come noi, ma le idee base sono in fondo queste.
*
Si può scrivere anche:
K2 + 2H2O =2K (OH) +H2
H2 + O=H2O
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
63
PARTE TERZA: UNA SECONDA SBIRCIATINA AL
MONDO DEGLI ANIMALI
1
1.1
Mezzo pesci e mezzo animali terrestri
Gli animali anfibi
Tutti voi conoscete la rana, il rospo o la raganella. Qualcuno conoscerà
magari anche il tritone e la salamandra.
Questi sono tra gli animali detti anfibi, perché passano una parte della vita
come pesci ed un'altra parte come animali che respirano aria con i polmoni.
Parleremo qui della rana, che è il principale animale anfibio.
fig. 11 - la metamorfosi di un girino
Quando sott'acqua si dischiude il minuscolo uovo, non ne esce una rana ma
un girino. Il girino sembra in tutto e per tutto un bel pesciolino scuro, con le sue
brave branchie, ma senza pinne. Il girino nuota, mangia larve di insetti e uova di
pesce, e cresce.
Crescendo, crescendo, oh, ad un certo punto, al posto delle pinne sul petto e
vicino alla coda, gli spuntano delle zampette (prima queste e poi quelle). Le
branchie rimpiccioliscono e si chiudono, nascono i polmoni e, infine cade la
coda. Il girino esce dall'acqua ... ed è una rana. La rana rimane sempre amica
dell'acqua e sa nuotare molto bene ... a rana. Però in qualche caso può vivere
normalmente anche sugli alberi, salvo tornare sull'acqua quando è il momento di
deporre le uova. In ogni modo, da adulta non ha più branchie e respira come noi.
64
2
2.1
CLASSE TERZA
I rettili
Uno scomodo tipo di animali
Al leggere queste parole, madama lucertola si offese. Buona, simpatica,
maltrattata dai ragazzacci. Perché trattarla male o sparlare di lei?
E le fa eco la tartaruga, vecchia, saggia, mangiatrice d'erbetta, compagna di
molti giochi di bambini. Anche lei è simpatica.
E poi i rettili hanno un'antica nobiltà. Era ben un rettile il dinosauro che
popolava la terra prima dell'uomo, uno dei primi esseri viventi sulla terra e
parente di sauri che volavano, antenati degli uccelli, e del triceratopo, che
ammiriamo al Museo di Storia Naturale. Non erano però simpatici neppure loro,
anche se noi non abbiamo mai avuto a che fare con essi.
L’avversione dell'uomo per i rettili nasce dalla scarsa stima che ha per
serpenti, coccodrilli, caimani e alligatori, che subito ci vengono in mente
parlando di rettili.
Anche i rettili depongono le uova, col guscio, come gli uccelli. C’è chi le
mangia, specialmente le uova di tartaruga, ma è molto meglio dedicarsi alle uova
di gallina, che è allevata anche per questo, senza turbare gli animali selvatici e
l'equilibrio della loro esistenza. A parte il fatto che, se uno si sbaglia e sceglie un
uovo non proprio fresco di gallina, rischia, rompendolo, di vedere saltar fuori un
pulcino; se bazzica in uova strane, può saltar fuori un grazioso piccolo serpente
cobra e si piglia, almeno, una bella paura.
Se toccate un serpente o un coccodrillo (auguri!), vi accorgete che l’animale
è freddo. I rettili producono poco calore. E' per questo che hanno bisogno di sole
e troviamo lucertole e serpenti distesi su pietre assolate.
E quando fa freddo? Il problema non si pone per i rettili che vivono vicino
all'equatore. Quelli che stanno dalle nostre parti (ad esempio i serpenti), si
rintanano in un buchetto e vanno in letargo, cioè rallentano il ritmo della vita e si
fanno una bella dormita.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
3
3.1
65
Gli uccelli
Il grande popolo dell'aria
Un mondo senza il cinguettio degli uccelli sarebbe molto brutto. Il loro
canto ci rallegra e ci rende la natura bella e attraente.
Una vita non basta per conoscerli tutti, per distinguere i loro canti, per
capire il significato dei suoni che emettono (anche loro comunicano col canto: il
pericolo, la fame, il segnale che un uovo è deposto, il desiderio di trovarsi una
compagna per mettere su nido assieme, ...), per studiare le loro abitudini e così
via.
Nell'aula di scienze al primo piano ci sono alcuni uccelli. Guardandoli
noterete che ci sono delle diversità fondamentali.
Ci sono uccelli che vivono di bacche vegetali o di piccoli insetti (il piccolo
colibrì di nettare dei fiori). Hanno il becco più esile (si dice il becco dolce, anche
se non è dolce per niente). Alcuni di essi rimangono in uno stesso posto tutta la
vita, come i passeri, i fringuelli ed i piccioni nostrani. Altri, come le rondini e gli
stornelli, migrano verso l’Africa nelle stagioni invernali e poi ritornano da noi in
primavera.
Ci sono uccelli che vivono spesso in acqua o in luoghi umidi: l’anatra, il
cigno, l’oca, il pellicano, la gru, ecc. L’anatra, ad esempio, nuota spesso ed ha le
dita delle zampe unite da una membrana per far meglio presa nell'acqua. La gru
ed il trampoliere, invece, preferiscono la palude ed hanno le gambe ed il becco
lunghi per muoversi e mangiare agevolmente. La cicogna una volta era comune
in Europa: fa i nidi in luoghi asciutti, spesso sui tetti, talvolta vicino o ... sui
camini. Molti di questi uccelli hanno l’abitudine di migrare (ben inteso se sono
animali selvatici e non allevati).
I gabbiani vivono pure sull'acqua e si nutrono di pesci, ma hanno un becco
adunco, molto diverse dal becco piatto delle anatre o da quello lungo delle gru o
delle cicogne.
Ci sono poi uccelli che vivono di notte, come il gufo e la civetta. In genere
mangiano piccoli animali. Vedono meglio di noi al buio, ma di giorno dormono
perché la luce li abbaglia.
66
CLASSE TERZA
Vi sono, infine, uccelli cosiddetti rapaci: hanno il becco adunco (ad uncino),
una vista ottima, volano alto per poi calarsi fulmineamente sulla preda in
picchiata. Infatti si nutrono di animali: pesci, pollame, altri uccelli, ma anche
(per i rapaci più grandi) sorci e altri piccoli quadrupedi, perfino agnelli. A questo
gruppo appartengono l’aquila, il condor americano, il falco, la poiana.
C’è un altro rapace, un po' particolare, l'avvoltoio, che, come un parente
nero nero del passero, il corvo, usa mangiare carne morta. Un certo ingegnere
che conoscete, si trovava una volta in Pakistan. Svegliandosi, la mattina,
guardava fuori della sua finestra e vedeva, su un grosso albero, un avvoltoio che
lo guardava. La cosa non gli faceva un gran piacere. Poi ha capito che
l'avvoltoio, così come alcuni corvi che svolazzavano vicino, aspettava i rifiuti di
carne dell'albergo per farli fuori. Così anche per ogni animale morto per la strada
o nei campi. Ed in fondo questo ingegnere fu grato all'amico avvoltoio, perché,
eliminando roba che, col caldo che faceva, sarebbe presto venuta a puzzare,
contribuiva alla pulizia generate.
3.2
Il pollame
Uno sguardo a parte merita il pollame, ossia polli e tacchini, che vivono con
noi e ci nutrono dai tempi più antichi.
Il tacchino, veramente in Europa è arrivato solo da qualche secolo. E' più
ricco di carne, più grosso del pollo, fa la ruota (il maschio) con le penne della
coda (un po' come il pavone) e, udite udite, è utile anche perché uccide i
serpenti.
Il pollo però è più comune. Il pollo maschio si chiama gallo. Come spesso
accade tra gli uccelli ha le penne più colorate del pollo femmina, che è la gallina.
Anche la sua cresta ed i suoi bargigli sono più appariscenti.
La gallina depone le uova, molte uova, in certi periodi dell'anno anche una
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
67
al giorno. Non tutte le uova possono divenire pulcino, non solo per il fatto che
noi le mangiamo, ma anche perché le uova possono trasformarsi in pulcino solo
quando il gallo sia riuscito a trasmettere in tempo alla gallina quella sostanza in
cui è contenuto il famoso mezzo messaggio (ricordate il polline) che permette
all'uovo (a cui la gallina affida comunque l’altro mezzo messaggio) di
svilupparsi. In genere tra gli uccelli c’è una sola femmina che vive con ogni
maschio. Tra i polli, il gallo vive tra tante galline unico e solo. Anzi, siccome il
gallo è litigioso, l’allevatore evita di avere più galli in un pollaio; altrimenti
litigherebbero tutto il tempo. Quando ci sono più galli, l’allevatore fa in modo
che quelli che son di troppo perdano ogni interesse per gli altri galli e le galline;
sono questi i capponi, che vivono solo per mangiare ed ingrassare, beati sino a
che ... finiscono sulla nostra tavola.
3.3
Desiderate un polpaccio di pollo?
Se uno vi dicesse una cosa simile, lo guardereste in modo brutto. Invece
dice il vero. Quella che comunemente è detta coscia è in realtà il polpaccio, con
tanto di tibia e perone (due ossa e non una, così come nei nostri polpacci). La
vera coscia è quella che comunemente vien chiamata anca.
fig. 12 - il "polpaccio" del pollo visto come ai raggi X
Se guardiamo come è fatto lo scheletro del gallo (ma questo vale per tutti gli
uccelli), vediamo che, come per noi, esiste una spina dorsale, esistono il cranio,
le ossa delle spalle, le costole, lo sterno, le ossa del bacino. Al posto delle nostre
68
CLASSE TERZA
braccia l’uccello ha le ali e le penne sono al posto delle nostre dita. Al posto
delle nostre gambe, l’uccello ha le sue zampe: la coscia è ripiegata; spunta il
polpaccio; cammina su tre dita, al posto del pollice c’è lo sperone, che esiste nel
gallo e in molti altri uccelli (ma non sempre), e quella che noi chiamiamo pianta
del piede è quel pezzo di gamba che unisce le dita al polpaccio.
Abbiamo imparato un'altra cosa interessante, che molti dei "grandi" forse
non ricordano più. Comunque, la prossima volta che la Mamma taglia un pollo,
guardate come è fatto. Imparerete molte cose che vi serviranno a conoscere come
è fatto l’uomo.
Classe quarta
UNA FINESTRELLA SUL MOTO
SULLE FORZE, SULLA, PRESSIONE,
SUI GIOCHI CON LA LUCE E I SUONI
E SUL MONDO DEI MAMMIFERI
72
CLASSE QUARTA
INTRODUZIONE
L'anno passato ci siamo spesso dedicati al "libretto di lavoro", cioè abbiamo
spesso visto le cose che ci circondano e quello che succede dal punto di vista
dell'energia. Quest'anno, invece, faremo molta attenzione alla "carta d'identità",
il che vuol dire che noteremo le caratteristiche, così come appaiono. E' chiaro
che, sotto sotto, ci son sempre l’energia ed il lavoro, ma, per non complicare le
cose, faremo solo qualche accenno a questi e ci limiteremo a guardare l'aspetto
del mondo che ci circonda.
In particolare vedremo, nel primo capitolo, il moto (o movimento) e ciò che
lo provoca. Nel successivo, poi, ci occuperemo di faccende simili che riguardano
acqua ed aria e, nel terzo, di giochetti con la luce e coi suoni, che non potevamo
ancora fare quando eravamo ancora piccoli e ci occupavamo di sensi.
Nell'ultimo capitolo troverete qualche accenno ad un particolare tipo di
animali, con molte varietà, a cui anche noi apparteniamo: i mammiferi.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
73
PARTE PRIMA: IL MOTO E LE SUE CAUSE
1
Muoversi o star fermi
Un oggetto, se non succede niente, sta fermo. Se ci aiutiamo un po' con la
fantasia, possiamo pensare anche ad un oggetto che si muova senza che nulla lo
disturbi: esso si muoverà sempre con la stessa velocità, uniformemente.
Questi due modi di essere, il moto sempre uguale e lo star fermi, si
assomigliano: infatti l'essere fermi o meno dipende anche, a ben vedere, dalle
condizioni di chi osserva. Ma queste sono pazzie affascinanti, ma un po'
complicate.
fig. 1 - moto, accelerazione, frenata
2
Cambiare il moto
I movimenti, nella realtà in cui viviamo, non sono mai del tutto uniformi. La
velocità diminuisce, perché l'aria, l'acqua o l'attrito frenano l'oggetto in
movimento. Se io voglio aumentare la velocità dell'oggetto devo accelerare lo
stesso. Un lancio di una pallina, di una spazzola, di un cancellino li accelerano
(finché non escono dalle mani del lanciatore) e gli imprimono una velocità;
74
CLASSE QUARTA
l'attrito causa una frenata, più o meno rapida, a seconda della diversa resistenza
dell'attrito stesso.
Accelerazione e frenata cambiano la velocità.
La frenata può essere dovuta all'attrito, ad una accelerazione contraria, ecc.
L'accelerazione può essere dovuta a tanti fenomeni che poi vedremo, incluso
l'effetto del motore di un'automobile o delle vostre gambe sulla bicicletta. Ci
sono però delle accelerazioni celebri: quella di gravità e quella centrifuga.
L'accelerazione di gravità è quella che attira un oggetto verso la terra, la
luna, ecc. Potremmo anche dire che attira due corpi qualsiasi tra di loro.
Galileo ha dimostrato che l'accelerazione di gravità non dipende dal peso o
dalla forma del corpo. Ad una data distanza dal centro della terra (in generale dal
centro del corpo che esercita l'attrazione) è un valore fisso. Sperimentiamo anche
noi che tre oggetti diversi cadono assieme nel vuoto. Nell'atmosfera cadono
diversamente perché è diversa la resistenza dell'aria, che li frena.
fig. 2 - l'esperienza di Galileo
L'accelerazione centrifuga è quella che tira il filo con cui si fa girare in
tondo un peso. In genere è presente tutte le volte che un oggetto è obbligato a
girare e attira l'oggetto in direzione opposta al punto attorno a cui gira. E' tanto
più forte quanto più forte è la velocità con cui 1'oggetto gira. Anche
l'accelerazione centrifuga si presta a giochetti interessanti. Se l'oggetto si stacca,
cessa l'effetto del cordino e dell'accelerazione: l'oggetto prosegue dritto, in
avanti, dal punto in cui si trova.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
75
fig. 4 - l'accelerazione centrifuga, masse e forze
3
Il peso cosa è?
Osserviamo quell'oggetto, che ben conosciamo, di metallo, con marcato 1
kg. Noi lo definiamo di solito, giustamente, come un peso da un chilogrammo.
Siamo però nell'era spaziale e possiamo pensare quell'oggetto a bordo di
un'astronave. Come l'astronave si stacca da terra quell'oggetto pesa meno di un
chilo; a metà strada tra la Terra e la Luna tutti i pesi si annullano e lui non pesa
niente; sulla luna pesa circa un quarto di chilo; su Giove peserebbe circa 2,5 kg.
76
CLASSE QUARTA
E allora? Salta subito all'occhio che il peso ha a che vedere con
l'accelerazione di gravità, che appunto, vale meno sul monte Everest, vale niente
a metà strada tra la Terra e la Luna, vale circa un quarto sulla Luna e più del
doppio su Giove. Ma 1'oggetto che abbiamo davanti è sempre lo stesso in tutti i
posti e ha una sua importanza. I fisici hanno risolto il problema inventando la
massa.
Ogni corpo ha una sua massa, che si misura in chilogrammi (o grammi, se
volete), che è sempre la stessa (*) in ogni posto. Il peso non è che il prodotto
massa per accelerazione. Dalle nostre parti è vero (per ragionare nel modo
semplificato che la gente comunemente usa (**)) che la massa di 1 kg pesa 1 kg.
L'accelerazione di gravità vale perciò 1 sulla Terra, 0 nello spazio fuori dalle
gravità, 2,5 su Giove, eccetera.
4
Forze e reazioni
Il peso è una particolare forza. Ce ne sono di tanti tipi. Che cosa sia una
forza è intuitivo: ne conosciamo tante, da quella che si esercita coi muscoli, a
quella che muove una macchina, a quella di un elastico o di una molla, a quelle
che derivano dalle nostre accelerazioni di gravità e centrifuga,
Tutte le forze si possono pensare applicate (come se fossero fissate) ad un
punto, hanno un valore (in kg), una direzione (la linea retta su cui sono) ed un
verso (si indica con una freccia).
Ci sono forze che ubbidiscono alla regola massa per accelerazione (o massa
per frenata), come la forza di gravità, quella centrifuga e quella dell'attrito su una
superficie.
Ci sono forze che ubbidiscono ad altre regole: nelle molle, ad esempio, la
forza dipende da quanta la molla è compressa (o tesa, secondo i casi). Per gli
altri casi di forze animali, meccaniche, di resistenza dell'aria o dell'acqua, ecc., le
regole sono molto varie e conviene tener conto della forza così come è, senza
indagare troppo sul come è fatta.
Le forze possono equilibrarsi, come capita ad esempio a due che tirano, con
ugual forza, una fune per versi opposti. Se si appoggia un peso ad un banco (o
anche la vostra mano), è il banco che si oppone alla forza, finché non si rompe.
Analogamente se si tira una fune attaccata ad un chiodo. Si dice allora che il
banco od il chiodo reagiscono alla forza.
* Einstein sostiene che questo è vero solo se "1'oggetto non si muove a velocità vicine a quella della luce (300.000
km/s); altrimenti cambia. Come ricorderete, la materia di un corpo, cioè la sua massa, è fatta d'energia.
** Quando sarete grandi vi diranno di usare per i1 peso una unità diversa dal kg, in modo che 1'accelerazione di
gravità sia circa 10, ma queste son cose complicate che litigano con la vostra esperienza di tutti i giorni.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
77
Una forma di equilibrio tra forze è la bilancia.
Da notare che una bilancia con dei "pesi" paragona e, perciò misura, delle
masse; quella a molla misura i pesi. Se un imbroglione volesse comprare della
merce con un prezzo al chilo, gli converrebbe andare su un aereo a 10.000 m e
farsela pesare con una bilancia a molla: otterrebbe una massa maggiore, che,
tornato a terra, peserebbe leggermente di più.
Quando la reazione non può impedire il moto, 1'oggetto (o corpo, come
sarebbe più esatto dire) si muove: subisce l’insieme delle forze nella direzione
del suo moto e accelera secondo la nota regola: forza uguale accelerazione per la
massa dell'oggetto. Una piccola forza di una molla, diminuita dall'attrito, fa
avanzare una grande massa con poca accelerazione. Viceversa fa avanzare con
grande accelerazione una piccola massa. Il che è molto logico.
5
Il baricentro e l'equilibrio alla caduta di un comò
Per una massa estesa, è chiaro che la forza peso o centrifuga agisce in tutti i
punti della massa. E' però possibile pensare che tutte le forzettine siano
concentrate in un punto: il baricentro. In un corpo qualsiasi, omogeneo, si trova
nel suo centro geometrico; per l'uomo, che è un po' complicato: si trova nel
bacino, all'altezza della seconda vertebra lombare.
Un'applicazione interessante del concetto di baricentro è il riconoscere i vari
tipi di equilibrio alla caduta:
¾ equilibrio stabile: quando un corpo spostato dalla sua posizione di
equilibrio tende a tornare in questa posizione; il baricentro si trova
sotto il punto d'appoggio;
¾ equilibrio instabile: quando un corpo spostato dalla sua posizione di
equilibrio tende ad allontanarsi da questa posizione; il baricentro si
trova sopra il punto di appoggio;
¾ equilibrio indifferente: qualsiasi spostamento crea una nuova
posizione di equilibrio; il baricentro è nel punto di appoggio.
Una colonna, la generalità degli oggetti appoggiati e tutti gli animali
terrestri hanno però il baricentro sopra l'appoggio; gli esseri umani, per di più,
hanno l'appoggio dei piedi piccolino. Per questo facciamo tanta fatica ad
imparare a camminare: siamo in equilibrio instabile.
Fino a che posizione questi corpi sono allora in equilibrio? Fortunatamente
non sono appoggiati in un punto, ma su una base, per noi quella dei nostri piedi.
Vediamo facilmente che fino a che la forza peso, più accelerazioni varie
(centrifuga, movimento nostro o del mezzo in cui siamo), passa per la base, non
si cade. Quando esce, si cade.
78
CLASSE QUARTA
fig. 5 - equilibrio di un corpo e leve
6
Datemi un punto....
Osserviamo un bilanciere: notiamo che una forza attaccata ad un braccio
imperniato in un punto, detto fulcro, provoca una rotazione. E' il caso ben noto
della bilancia o della manovella.
L'effetto dipende anche qui da un prodotto: forza per lunghezza del braccio.
Nel bilanciere, che ha due bracci opposti, ho equilibrio quando questi prodotti
sono uguali sui due bracci del bilanciere: con una distanza doppia basta una
forza metà. Un esempio pratico è la bilancia a stadera.
Con il bilanciere riconosco anche i tre tipi di leva:
¾ Quella di Archimede, del piede di porco, delle pinze, delle forbici,
eccetera. In essa l’impugnatura, dove agisco, è molto più lontana dal
fulcro del punto in cui la forza è utilizzata; perciò ottengo una forza
moltiplicata. Archimede diceva che se fosse esistito un fulcro
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
79
nell'universo a cui appoggiarsi, si sarebbe potuto pensare ad una leva
abbastanza lunga da sollevare una massa anche uguale a quella
dell'intera Terra.
¾ Quella dello schiaccianoci. Il principio è lo stesso, ma qui i due punti
in questione stanno' dalla stessa parte del fulcro e le forze agiscono
in senso contrario.
¾ Quella delle pinzette da francobolli. Funziona al contrario dello
schiaccianoci. La forza che si esercita è superiore a quella sulle
punte, ma è lo stesso utile, come prolungamento delle dita, per
operazioni di precisione o per afferrare cose piccole.
fig. 6 - giochetti con le forze
7
Mettiamo assieme le forze
Se su un corpo agiscono più forze, queste si sommano. Ma non basta
considerare il loro valore in chili; bisogna tener conto anche della direzione e del
verso. Possiamo facilmente verificare che, per fare operazioni su forze, non basta
l’aritmetica, ma occorre la geometria: devo rappresentare le forze come freccette
lunghe come il valore della forza; la somma di due forze sara la diagonale di un
80
CLASSE QUARTA
quadrilatero, coi lati paralleli a due a due, in cui i lati vicini sono le freccette in
questione. Con questi trucchi si comprendono anche cunei, piano inclinato e tanti
altri giochetti.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
81
PARTE SECONDA: LA PRESSIONE NELL’ACQUA E
NELL’ARIA
1
Il palloncino che si gonfia
Prendiamo una bottiglia, con collegato un tubo ed un palloncino all'estremo,
e facciamo in modo che il tutto sia pieno d'acqua. Spostiamo ora il palloncino: in
orizzontale il suo volume non varia; in verticale invece si gonfia, se ci
abbassiamo, e si sgonfia, se ci avviciniamo alla superficie dell'acqua nella
bottiglia; a quel livello è completamente sgonfio.
Come chiamiamo ciò che fa gonfiare il palloncino? L'esperienza di tutti i
giorni ci suggerisce la parola pressione. La pressione è una specie di forza, ma
non è concentrata in un punto e con una data direzione, ma è distribuita su tutta
la superficie su cui agisce, contro la superficie stessa. E' causata dal peso
dell'acqua (in questo caso in cui il liquido è l’acqua), ma non dipende dalla
forma del tubo o del recipiente e dal suo percorso, ma solo dalla profondità del
punto in cui la si misura, ossia dal dislivello di quel punto dalla superficie
superiore dell'acqua in contatto diretto col mondo esterno (si dice superficie
libera).
Il celebre inventore Pascal scommise un giorno con amici che avrebbe fatto
scoppiare una robusta botte, piena d'acqua, aggiungendone solo poca altra. Fece
allora mettere la botte fuori dalla porta, attaccò solidamente un tubicino alla
sommità della stessa e portò l'altra estremità del tubo sino al più alto dei piani
della casa. Poi riempì d'acqua il tubicino. La pressione nella botte, dato che
dipendeva solo dalla sua distanza dalla cima del tubicino, era molto alta e la
botte scoppiò.
2
Il perché dei vasi comunicanti
Capiamo adesso meglio il fenomeno, già visto, dei vasi comunicanti.
Supponiamo di avere un tubo ad U con un rubinetto nel punto piu basso e con
una gamba riempita d'acqua ad un livello superiore dell'altra.
Sui due lati del rubinetto la gamba col livello maggiore esercita una maggior
pressione. All'apertura del rubinetto stesso è chiaro che la pressione maggiore
vince su quella inferiore, provocando uno spostamento di liquido dal lato a
maggior livello all'altro a livello più basso. Quando finisce il moto dell'acqua?
Quando i livelli sono uguali.
82
CLASSE QUARTA
fig. 7 - la pressione nei liquidi
3
Ma l'aria pesa?
Se qualche volta abbiamo accompagnato qualcuno in famiglia a regolare la
pressione delle gomme o se abbiamo gonfiato le ruote della nostra bicicletta o di
un canotto, sappiamo benissimo che anche i gas hanno una pressione.
Ma parlar di pressione e di differenze di pressione da un punto all'altro
dell'atmosfera significa pensare che l’aria pesi. A noi sembra proprio di no,
perché ci siamo abituati.
Con l'aiuto di una buona bilancia e di un palloncino, possiamo però vedere
che, se comprimiamo un gran quantitativo d'aria nel palloncino, il peso aumenta
rispetto alla tara, rappresentata dal palloncino vuoto e dalla sua cordicella.
4
La pressione nell'aria e nei gas
Anche i gas hanno una pressione, come i liquidi, anche se non li comprimo
gonfiando un recipiente. Nei liquidi avevamo visto che, in un punto qualsiasi, ho
una pressione che dipende dalla distanza in verticale tra quel punto e la
superficie del liquido in alto (si dice superficie libera, perché non contenuta da
pareti).
Nell'aria il fenomeno è simile, ma bisogna tener conto che la fine in alto
dell'atmosfera è oltre i 10000 m e che i gas dell'aria sono (ricordate?)
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
83
comprimibili. Perciò in basso c’è più aria e la pressione aumenta più
rapidamente e, comunque, per trovare differenze misurabili tra pressioni in due
punti, questi devono avere altitudini molto diverse. Grosso modo, alzandosi di
1000 m nell'aria, si ha la stessa variazione di pressione che in 1 m d'acqua.
fig. 8 - peso e pressione dell'aria
Perciò, in pratica, l’altezza si "sente" solo salendo in macchina un'erta
montagna o nei fenomeni atmosferici, mentre, per gli altri esperimenti (anche in
un pneumatico, ad esempio), si può pensare che la pressione sia la stessa in tutti i
punti.
Vediamola, questa pressione atmosferica. Gli emisferi di Magdeburgo sono
tenuti assieme quando, avendo tolto l’aria interna, rimane solo l’atmosfera
esterna che preme.
Nel barometro di Torricelli, ho una vaschetta piena di mercurio ed un tubo
chiuso in alto, ma comunicante in basso con la vaschetta, pieno fino ad una certa
altezza (circa 75 cm) di mercurio. Per la teoria dei vasi comunicanti, ci si
aspetterebbe un'altezza uguale dei due livelli. Il motivo della differenza è che,
nella vaschetta, la pressione dell'aria si somma a quella del mercurio, mentre nel
tubo, che è chiuso e vuoto (senz'aria) all'estremità. superiore, vi è solo la
pressione dovuta al mercurio.
Perciò la differenza di livello corrisponde proprio alla pressione
84
CLASSE QUARTA
dell'aria atmosferica. Nei vasi comunicanti, tutti i tubi erano aperti e la
pressione dell'aria agiva ugualmente su tutti. Avremmo potuto fare l’esperimento
anche con l’acqua, ma, dato che essa è molto più leggera del mercurio, avremmo
avuto bisogno di un tubo lungo 10 m.
Abbiamo così trovato un mezzo per misurare la pressione dell'aria. Nei
barometri da parete vi è un recipiente metallico, elastico, chiuso, che viene più o
meno compresso dalla pressione esterna.
L'ago è collegato a questo palloncino e ci dice di quanto è compresso. Nel
barografo, al posto dell'ago ho un pennino, che scrive i valori misurati.
5
Bel tempo e brutto tempo
La pressione atmosferica non è la stessa in tutti i punti: varia con l’altezza e
la densità dell'aria. Quando l’aria si scalda, aumenta di volume e di pressione e
scaccia l’aria attorno e sopra più fredda. Quando si raffredda, diminuisce di
volume e attira l’aria attorno.
Questi spostamenti d'aria sono i venti.
Inoltre, quando l'aria si raffredda, diminuisce di pressione e diminuisce
l'umidità massima che può contenere. L'umidità allora condensa e abbiamo le
nubi.
Questi fenomeni possono essere locali (brezza serale) o giornalieri (aria che
si sposta dai monti alla pianura e viceversa ogni giorno) o dovuti al mal tempo.
Quando vediamo alla televisione "B", vuol dire mal tempo, perché la
pressione è bassa. Quando vediamo "A", vuol dire alta pressione, cioè bel tempo.
I venti si muovono tra A e B, ma non direttamente, ma con un moto
circolare, come l'acqua che scende in uno scarico. Nella nostra parte del mondo,
per B (bassa pressione) l’aria gira in senso contrario all'orologio e si ha il
ciclone. Per A (alta pressione) l’aria gira come le lancette dell'orologio e si ha
l’anticiclone.
Cicloni ed anticicloni si generano al contatto tra le zone d'aria fredda polari
e quelle più temperate nostre e si spostano verso est.
Perciò vento da nord annuncia, in genere, l’arrivo del bel tempo e viceversa.
Conta comunque non la pressione in un sol posto ed in un dato momento,
ma il cambiamento di pressione, meglio se misurato in molti posti diversi, come
fa l’Aeronautica Militare, che fornisce i dati al telegiornale e alla stampa.
Le statuette rosa o azzurre ed altri aggeggi simili indicano solo l'umidità che
c’è (magari dentro casa e non fuori) e sono uno strumento molto rozzo. Meglio i
cardi.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
fig. 9 - venti e ombrelli
85
86
CLASSE QUARTA
PARTE TERZA: GIOCHIAMO CON LA LUCE
1
Tanto per ricordare
Quando eravamo in seconda abbiamo fatto conoscenza con la luce.
Abbiamo imparato alcune cose, che conviene ricordare:
¾ che la luce è fatta di particelle di energia più piccole di un atomo (da
noi chiamate per gioco palline di energia);
¾ che queste particelle vibrano: ad ogni vibrazione corrisponde un
colore; noi vediamo dal rosso (più lento) al violetto (più veloce);
esistono però anche raggi di luce che non vediamo: più lenti del
rosso (raggi infrarossi), più veloci del violetto (raggi ultravioletti e
raggi X);
¾ che il bianco è la somma di tutti i colori e che il nero è assenza di
luce;
¾ che, quando la luce incontra un ostacolo opaco le palline
rimbalzano;
¾ che, se l’ostacolo opaco non è uno specchio, si ha la riflessione
diffusa e le palline rimbalzano in tutte le direzioni; quando l'ostacolo
è colorato, rimbalzano solo le palline di quel colore, mentre le altre
vengono catturate e si trasformano in calore;
¾ che, se l’ostacolo opaco è uno specchio, si ha la riflessione speculare
e tutte le palline rimbalzano ordinatamente;
¾ che dietro l’ostacolo opaco c’è l'ombra, la mancanza di luce, il nero;
¾ che le palline di luce viaggiano rettilinee (anche nel vuoto), purché
viaggino in uno stesso mezzo; al cambiare del mezzo si spezzano,
assumendo una direzione diversa: è la rifrazione;
¾ che le palline dei diversi colori si rifrangono in modo diverso: di
meno il rosso, di più il violetto; quando si rifrangono molto, il
fenomeno è evidente e si nota l’arcobaleno.
Siccome ora siamo grandi (o quasi) ci accorgiamo che opaco, trasparente,
luce, ombra, specchio, non-specchio sono aggettivi e nomi astratti. Nella realtà i
confini tra queste idee non sono mai ben definiti: una cosa lucida riflette un po'
come specchio e un po' in maniera diffusa; una cosa trasparente non è mai tanto
trasparente da non riflettere un po'. E' un pensiero che non finiremo mai di
ripeterci: noi siamo portati a ragionare sempre in modo ben definito (bianco nero, buono - cattivo, docile - indocile, trasparente - opaco, ecc.). In realtà il
mondo è popolato di cose e persone che sono più bianche che nere, più buone
che cattive e viceversa. E' difficile da capire. Forse lo si capisce bene solo
quando si diventa adulti.
2
Il mondo di Alice
E parliamo un po' di specchi. Come funzionano? C’è un mondo di immagini
(cioè immaginario) dietro lo specchio, ossia il mondo di "Alice dietro lo
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
87
specchio"?
Diciamo innanzitutto che ci sono tre tipi di specchi: quelli piani, quelli con
la pancia (specchi convessi) e quelli scavati a conca (specchi concavi).
Logicamente, anche qui, uno specchio non perfetto (o addirittura quello,
esagerato apposta, del parco dei divertimenti) ha zone piane, zone concave e
zone convesse; l’immagine perciò risulta più o meno perfetta.
Consideriamo ora uno specchio piano. Si nota che le palline, non solo
rimbalzano ordinatamente, ma anche con un angolo uguale e simmetrico a quello
con cui cadono. Proprio come delle bocce che picchiano su una sponda o un
pallone gettato su un pavimento piano o su un muro. Questo è vero per ogni
specchio, ma, per quello piano, tutte le palline del pennello di luce trovano lo
specchio ugualmente disposto e il pennello lascia lo specchio senza cambiar
forma da quella che avrebbe andando dritto.
Noi vediamo un oggetto riflesso, ossia vediamo, tra i raggi che lui diffonde,
quelli che, rimbalzando sullo specchio, arrivano al nostro occhio. Ci sembra che
provengano da un'immagine dell'oggetto che sta dietro lo stesso. Abbiamo
verificato con l’esperienza:
¾ che l'immagine appare essere dall'altro lato del piano in cui si trova
lo specchio, in posizione simmetrica, ad un'ugual distanza dalla
superficie dello specchio;
¾ che la posizione dell'immagine non dipende da chi guarda, ma solo
dal piano in cui si trova lo specchio e dalla posizione dell'oggetto:
tutti la vedono nello stesso posto;
¾ che si può pensare che dietro il piano dello specchio ci sia un mondo
uguale e simmetrico al nostro; lo specchio non è che la finestra con
cui possiamo guardare in quel mondo, ossia nel mondo di Alice.
Nello specchio convesso (con la pancia) accade la stessa cosa che avviene
se gettiamo palline su una montagnola: le palline rimbalzano allargandosi, a
cono.
Le immagini invece rimpiccioliscono, come se il mondo di Alice fosse
concentrato. E' cosa utile per gli specchietti delle automobili e per certi specchi
tondi che vengono disposti agli incroci. A noi poco importa che il mondo sia
rimpicciolito; serve invece vedere riflessa una maggior parte dell'ambiente che ci
interessa.
Nello specchio concavo (scavato) accade la stessa cosa che avviene se
gettiamo palline in una buca: le palline convergono in un punto per poi
riallargarsi a cono.
Il punto di massima concentrazione è importante: se lo specchio è grande e
raccoglie una grossa fonte di energia luce (il sole, ad esempio) e se metto un
oggetto a fermare i raggi nel punto di maggior concentrazione, ho tanta energia
concentrata, che, a seconda del colore dell'oggetto si trasforma più o meno in
calore. Si racconta che il famoso scienziato Archimede di Siracusa riuscisse a
88
CLASSE QUARTA
bruciare le navi dei romani, suoi nemici, concentrando su di esse i raggi del sole
con specchi di questo tipo (sono detti anche specchi ustori). Il punto di massima
concentrazione dei raggi si chiama fuoco.
Altro utilizzo di questi specchi è in astronomia, dove la luce di stelle, che
non sono abbastanza luminose per essere viste con i mezzi normali, viene
concentrata nei grandi telescopi a specchio, per permetterne la visione.
Per quanta riguarda le immagini, accade un fatto curioso: se l'oggetto è
vicino allo specchio, viene fortemente ingrandito. Se è lontano, l'immagine non
resta più nel mondo di Alice dietro lo specchio, ma viene buttata fuori
(proiettata) nel nostro mondo, capovolta. Noi la possiamo vedere contro lo
specchio, ma anche raccolta in uno schermo, messo nel punto in cui si forma in
mezzo a noi.
fig. 10 - giochiamo con la luce
3
Giochiamo con le lenti
Se gli specchi sfruttano il fenomeno della riflessione, le lenti sfruttano
invece quello della rifrazione. Il raggio di luce che passa dall'aria alla lente si
piega e altrettanto succede quando esce.
Una lente piana si comporta come la vasca d'acqua esaminata in seconda: il
pennello di luce che l’attraversa non si deforma, ma percorre una linea spezzata
col segmento in entrata parallelo a quello d'uscita; in definitiva si vede che la
macchia di luce del pennello sullo schermo si sposta senza cambiare di
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
89
dimensioni.
Per pensare ad una lente non piana, bisogna ricordare il prisma: il raggio di
luce entrante si piega verso la faccia non attraversata dalla luce e ancor più si
piega uscendo.
Perciò, nella lente sottile al centro e larga sui bordi, il pennello di luce tende
a divergere (si chiama lente divergente), così come accadeva con lo specchio
convesso. Anche la immagini risultano rimpicciolite come in quel caso.
Nella lente, invece, spessa al centro e sottile ai bordi, il pennello di luce
converge in un fuoco e poi diverge. Questo tipo di lente (che si chiama
convergente o di ingrandimento) si comporta in modo simile allo specchio
concavo. Ben inteso, dato che parliamo di lenti e non di specchi, è diversa la
posizione dell'oggetto o della sorgente di luce: nel caso degli specchi sta davanti
allo specchio, nel caso della lente sta dietro alla stessa.
Per quanta riguarda le immagini, anche in questo caso come nello specchio
concavo, un oggetto vicino alla lente risulta ingrandito e l’immagine appare
dietro la lente; un oggetto più distante dalla lente ha la sua immagine, capovolta,
nel mondo reale, e, cioè, tra di noi. La si vede guardando verso la lente, ma
anche la si può raccogliere (rendere visibile) con uno schermo opaco o
semitrasparente.
Sembrano cose stranissime. Invece il fatto che una immagine sia buttata
fuori dalla lente, ossia proiettata fuori, è per noi usuale. Molte volte abbiamo
ammirato delle diapositive o siamo stati al cinema. In questi casi la pellicola o la
diapositiva vengono disposte capovolte nel proiettore e illuminate intensamente,
in modo che diffondano luce come delle (false) sorgenti di luce. Nel proiettore ci
sono molte lenti convergenti, che vengono regolate in modo che l’immagine
proiettata si formi sullo schermo. Essendo immagini capovolte di oggetti
capovolti, sembrano dritte.
E se volessi ingrandire un'immagine già ingrandita? Non avrei che da
disporre tante lenti, in modo opportune, una di seguito all'altra. Ossia non ho che
da costruire un telescopio o un cannocchiale o un microscopio. In tutti questi
strumenti vi è una prima lente, rivolta all'oggetto, che si chiama obiettivo, e
un'ultima lente, vicino all'occhio, che si chiama oculare.
4
La camera oscura
Se uno sta in una camera buia, con gli scuri delle finestre chiusi, e fuori c'è
un bel sole, può capitare che negli scuri ci sia un foro e che si possa vedere
apparire il mondo esterno sul soffitto o su una parete. L'immagine è, al solito,
rovesciata.
Per spiegarcelo abbiamo esaminato la camera oscura: una scatola con un
piccolo foro su una faccia e con uno schermetto semitrasparente su quella
opposta. Una sorgente di luce invia, da ogni suo punto, tutto attorno, tanti raggi
di palline di luce; lo stesso fa, ma più debolmente, un oggetto illuminato, per via
90
CLASSE QUARTA
della riflessione diffusa.
Se il buco è piccolo, uno solo, o quasi, dei raggi provenienti da ciascun
punto della sorgente si infila nel buco e va a finire sulla parete opposta. Sulla
stessa si forma così un'immagine; dato che i raggi provenienti dal basso e
dall'alto della sorgente si incrociano nel buco, l'immagine è a gambe all'aria.
fig. 11 - dalla camera oscura all'occhio
5
La macchina fotografica e l'occhio
Nella camera oscura io utilizzo uno, o quasi, dei raggi per avere l’immagine.
Se ne usassi di più, avrei un'immagine confusa (comunemente si dice sfuocata).
L'energia che sfrutto è poca e l’immagine è debole.
Noto però che il mio buco si comporta un po' come la lente d'ingrandimento
per gli oggetti distanti, col vantaggio che la lente è più grande e fa passare un
quantitativo di energia luce maggiore. Dovrò solo fare in modo che la parete con
lo schermo si trovi al posto giusto per ricevere l’immagine. Dato che questa
operazione è legata alla posizione dell'oggetto e alle caratteristiche della lente
(ossia da dove ha il suo fuoco), si dice che si mette a fuoco l’immagine.
Le vecchie macchine fotografiche erano costruite sulla base di quanto sopra
descritto. La messa a fuoco era fatta spostando lo schermo come nella nostra
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
91
scatola. Si metteva poi, al posto dello schermo, una lastrina ricoperta di sali
speciali (bromuro d'argento), che si alterano alla luce. Si estraeva poi la lastrina,
senza che fosse esposta ad altra luce, la si portava in una stanza buia (si chiama
anche questa camera oscura, ma non c’entra con quella vista prima) e la si
immergeva in acidi capaci di asportare il sale non modificato dalla luce. Il
risultato era un'immagine col chiaro e lo scuro invertiti: il negativo. Una
successiva stampa su carta ricoperta dagli stessi sali tornava ad invertire chiari e
scuri, restituendo l’immagine corretta. C’èrano due aggiunte importanti e
necessarie alla macchina, allo scopo di far giungere il quantitativo di luce
(energia) nella giusta misura per non bruciare i sali e fissare l’immagine non in
movimento: l'otturatore, che apre e chiude l'obiettivo per far entrare la luce solo
in un tempo limitato, e la variazione del foro d'apertura, in modo di catturare la
luce in un quantitativo giusto.
La macchina fotografica moderna è basata sugli stessi concetti. Solo al
posto della lastrina vi è una pellicola con sali adatti ad essere sensibili non solo
al bianco e nero, ma anche ai colori. Inoltre la pellicola non si muove avanti o
indietro, ma rimane in fondo alla macchina; quella che si muove, durante la
messa a fuoco, è la lente dell'obiettivo. La scatoletta che contiene molto spesso la
pellicola semplifica il problema di non far prender luce alla stessa, salvo che al
momento dello scatto (quando si apre l’otturatore).
L'occhio è fatto in modo analogo alla macchina fotografica. Evidentemente i
costruttori delle prime macchine fotografiche avevano studiato l’occhio e gli
studi su quelle hanno aiutato a capire il funzionamento di questo.
Ci sono delle diversità. La retina (come ricorderete quella piccola rete di
nervi sensibili alla luce sul fondo dell'occhio) invia continuamente le immagini
al cervello. Il quantitativo di energia luce necessario per vedere, senza essere
abbagliati, è regolato dalla grandezza che l'iride lascia alla pupilla (lo avevamo
già notato).
Nell'occhio c’è una lente d'ingrandimento: il cristallino. Ma nell'occhio non
varia la distanza tra lente e retina (come tra lente e pellicola nella macchina
fotografica). Cambia la forma del cristallino che è vivo e mosso da dei piccoli
muscoli tutt'attorno.
Quando un oggetto è lontano il cristallino si appiattisce, quando è vicino si
ingrossa.
Accade che il cristallino, essendo l'occhio allungato, non ce la faccia ad
assottigliarsi tanto da mettere a fuoco sulla retina le immagini distanti: è la
miopia. Cosa si può fare? Aggiungere una lente che indebolisca la lente
convergente del cristallino; ossia una lente contraria, del tipo divergente. C’è
anche il fenomeno contrario, ma è raro.
Accade che il cristallino non sia perfetto, ma a botte. E' l'astigmatismo, che
non permette la messa a fuoco di tutti i punti dell'oggetto. Si mette allora una
lente deformata messa in modo da compensare il difetto del cristallino.
92
CLASSE QUARTA
Accade infine che il cristallino ed i suoi muscoli si stanchino (come tutti i
muscoli delle persone meno giovani) e non riesca più a gonfiarsi tanto da veder
bene gli oggetti vicini. E' la presbiopia. Occorre aggiungere una lente panciuta
(convergente) che rinforzi il cristallino. Gli occhiali del nonno sono spesso lenti
di ingrandimento.
Con ciò siamo in grado di vedere. Ma il vedere è un fatto meccanico. Cosa
diversa è il guardare o l’osservare. Per guardare dobbiamo coinvolgere la nostra
attenzione, cioè dobbiamo mettere in moto le parti più importanti del nostro
cervello e dare un significato a ciò che vediamo.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
93
PARTE QUARTA: QUALCHE ALTRA CURIOSITÀ SUI
SUONI
1
Cosa sappiamo già
Quando, tempo fa, ci siamo occupati dell'udito, abbiamo già imparato
qualcosa su suoni e rumori. Vediamo se ce ne ricordiamo.
Abbiamo appreso che:
¾ suoni e rumori sono causati da vibrazioni di corpi elastici;
¾ vibrazioni libere e semplici danno luogo a suoni; vibrazioni
complicate danno luogo a rumori;
¾ il suono, come il rumore, si propaga dalla sua sorgente se esiste un
mezzo, cioè un gas (aria ad esempio), un liquido od un solido
compatto capaci di trasmetterlo;
¾ la trasmissione avviene con una serie di onde di pressione che si
allontanano con una certa velocità (per l’aria è di un chilometro ogni
tre secondi circa) dalla sorgente;
¾ una parte di queste onde viene raccolta dal padiglione dell'orecchio,
finisce nel condotto uditivo e fa vibrare il timpano;
¾ degli ossicini trasmettono la vibrazione alla chiocciola (detta anche
l'organo del Corti), in cui vi sono tanti nervetti: ognuno di essi è
sensibile ad un tipo di vibrazione, che trasmette al cervello;
¾ il cervello mette assieme tutte le vibrazioni e ci fa "sentire" il suono
od il rumore.
fig. 12 - i suoni sono vibrazioni
Qui di seguito parleremo soprattutto di suoni, ma è chiaro che molte cose
che diremo vanno ugualmente bene per i rumori, perché la differenza tra suoni e
rumori non è netta: ad esempio normalmente i tamburi producono un rumore, ma
ci sono strumenti a percussione speciali, i timpani, in cui la tensione della pelle
si può regolare, che emettono un quasi-suono.
94
2
CLASSE QUARTA
Le stranezze nella musica
I suoni non sono tutti uguali. Altrimenti non ci sarebbe musica. Che cosa li
fa diversi?
2.1
Il tono
Sono le note musicali. Se una persona, cantando, trova la nota giusta, si dice
che è intonato. Se sbaglia, che è stonato. Agli stonati dirò che, anche in questo
caso, con l'esercizio si può migliorare; difficile divenire dei Pavarotti o delle
Ricciarelli, ma qualche successo può essere raggiunto.
Note musicali e toni sono la stessa cosa. Non si dice che un tono è basso, ma
che è grave (anche se si chiama "basso" il cantante uomo che usa toni gravi)
(contralto per le femmine). Il tenore (uomo) ed il soprano (donna) usano toni più
acuti. Il baritono ed il mezzosoprano stanno a metà.
Cosa vuol dire? Notiamo che uno strumento che dà note gravi vibra più
lentamente di uno che dà note acute. E' proprio questa diversa velocità di
vibrazione che fa cambiare le note.
fig. 13 - l’aria che suona
Avevamo già visto che in una corda tesa il tono varia con la tensione: più la
corda è tesa, più il tono è acuto; al contrario più è lenta, più il tono è grave.
Altra constatazione: se guardiamo le corde di una chitarra o di un violino, o,
anche, le dimensioni degli strumenti a fiato, notiamo che la maggior grossezza si
accompagna a toni più gravi.
Infine, basta vedere uno strumento a corda o un trombone o un organo per
capire che più lo strumento che vibra è corto, più il tono è acuto. E, stupore, se
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
95
misuriamo le lunghezze di una corda e ne riconosciamo il tono, scopriamo che a
dimezzarla otteniamo la stessa nota, ma più acuta (si dice di un'ottava superiore,
perché le note sono sette e questa è l'ottava che corrisponde alla prima). Se la
lunghezza nuova è ottenibile con semplici divisioni dalla vecchia, otteniamo note
giuste e per di più tali da andar d'accordo musicalmente con la prima (do-mi, dosol: le armoniche) e, comunque, tutte le note sono aritmeticamente (o
geometricamente) collegate.
2.2
Il volume
E' 1'energia che ha un suono ossia quella che abbiamo usato per produrre il
suono. Anche qui si può parlare di basso e alto, ma è meglio dire forte e debole
(negli spartiti si usa scrivere anche piano).
2.3
Il timbro
Nessuno confonderebbe un "la" suonato da un violino ed un identico "la"
suonato da una tromba. Ma persino una chitarra suona diversa se pizzicata al
centro o ad un estremo della corda. Il motivo è molto semplice: è molto raro che
una vibrazione sia "pulita", come quella del diapason. In genere ad una
vibrazione si sommano altre vibrazioni più o meno armoniche. il tutto dà una
caratteristica allo strumento e al modo in cui lo si suona.
Si chiama timbro come quel timbro che su un documento fa capire da dove
viene e chi lo ha firmato,
3
La trasmissione di suoni e rumori
Sappiamo già che occorre un mezzo. Ma essendo aspiranti scienziati,
abbiamo provato a mettere un campanello in una campana di vetro, in cui
abbiamo cercato di togliere, per quanta potevamo, l'aria contenuta. Abbiamo
sentito che il suono con poca aria si indeboliva; se avessimo ottenuto il vuoto
non avremmo più sentito il suono.
Altro esperimento interessante è il telefono a corda: si parla in un barattolo
che vibra; una corda tesa lo collega ad un altro barattolo; la corda si muove
avanti e indietro con le vibrazioni e fa vibrare ugualmente il secondo barattolo,
cioè gli fa riprodurre gli stessi suoni o rumori.
Quando ci occuperemo di elettricità scopriremo che onde elettriche (per il
semplice telefono) o elettromagnetiche (per la radio) possono far vibrare un
auricolare in modo uguale al microfono, trasmettendo il suono a distanza. E' la
stessa cosa del telefono a cordetta, ma realizzata in modo migliore.
Abbiamo già scoperto, con lo stetoscopio di vecchio tipo (metallico) o con
le orecchie immerse nel bagno, che il suono si propaga nei solidi compatti e nei
liquidi meglio che nell'aria.
96
CLASSE QUARTA
fig. 14 - la trasmissione dei suoni
Ricordiamo che il suono nell'aria ci mette tre secondi per fare un
chilometro. La luce ne fa trecentomila di chilometri in un secondo. Di
conseguenza, se vediamo un signore lontano che batte su un palo, passano
secondi prima di udire il corrispondente rumore. Lo stesso per lampi e tuoni.
4
La risonanza e l'eco
Abbiamo già compreso che un oggetto, quando vibra, fa vibrare ciò con cui
è a contatto. Supponiamo ora che l'oggetto fatto vibrare da uno strumento che
suona sia realizzato in modo che, se percosso, potrebbe vibrare sulla stessa nota.
Si capisce allora che le vibrazioni si eccitano l'un l’altra e che il suono (o la
vibrazione) assume un più forte volume. E' la risonanza. Lo abbiamo constatato
col diapason e l'aria della sua cassa armonica. Possiamo vederlo anche con un
vetro al passaggio di un mezzo di trasporto all'esterno. Una volta si evitava di
marciare a passo cadenzato sui ponti per la paura che si mettessero a vibrare in
risonanza, finendo per oscillare paurosamente o crollare.
Le casse dei violini, delle chitarre e degli altri strumenti sono fatte in modo
che ogni nota possa trovare una lunghezza d'aria adatta per risuonare in modo
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
97
armonioso.
Vi ricordate la riflessione della luce? Anche i suoni possono essere riflessi.
Se la superficie su cui battono le onde sonore è liscia si ha la riflessione ordinata,
che, in questa caso, si chiama eco. Ci si accorge dell'eco quando la superficie in
questione è abbastanza lontana; altrimenti suono ed eco si sovrappongono.
Se la superficie non è uniforme, si ha una riflessione diffusa, che, in questo
caso, si chiama rimbombo. Si può comunque fare l’esperimento di lanciare un
suono ad occhi chiusi in diversi locali: si riesce a capire dove ci si trova; è uno
dei risultati del battere ritmico del bastone di chi non vede; è il sistema che usano
i pipistrelli per orientarsi al buio; è il principio su cui è costruito il sonar che
permette di riconoscere i sommergibili immersi.
Se la superficie è fatta in modo da assorbire il rumore (si dice
fonoassorbente), l'onda di rumore non viene riflessa. I nostri soffitti a Scuola
sono in parte fonoassorbenti e così le pareti di molte sale da concerto.
5
Il grammofono e l'orecchio
Thomas Alva Edison ha inventato tantissime cose. Tra esse il fonografo. Era
fatto con una specie di imbuto o tromba, in cui uno cantava o suonava. In fondo
all'imbuto c’era una membrana che logicamente vibrava. Alla membrana era
attaccata una puntina metallica che graffiava un cilindro di cera che ruotava.
Come lo graffiava? Logicamente incidendo dei bisciolini che rappresentavano le
vibrazioni, bisciolini che ancora potete vedere con una lente esaminando un
vecchio disco a 78 giri. Per ascoltare bastava aspettare che la cera si fosse
essiccata e far ripercorrere alla puntina lo stesso solco. La puntina faceva vibrare
come prima la membrana e dall'imbuto uscivano gli stessi suoni che erano stati
immessi per l’incisione.
Però, con la cera, dopo poche riproduzioni, il cilindro era da buttare. Si
passo così al disco e a fare le copie del disco originale in materia plastica. La
manovella fu sostituita da una molla, che permetteva una rotazione uniforme. Si
era arrivati al grammofono a manovella, che chi scrive ha più volte usato per le
feste di quando era giovane.
Poi è arrivata l'elettronica, è arrivato il microsolco ed infine il laser: la
trasmissione delle vibrazioni non è più meccanica, ma elettrica od ottica. Il
principio di funzionamento base è però ancora quello di Edison.
Nell'orecchio, al timpano (ricordate che è ammorbidito e conservato dal
cerume?) non è collegata una puntina, ma tre ossicini, che trasmettono le
vibrazioni alla chiocciola. I nervetti nella chiocciola sentono le vibrazioni per
risonanza e, come già sappiamo, li trasmettono al cervello.
Che poi quello che si sente sia ascoltato è cosa diversa. Per ascoltare
bisogna stare attenti. Per sentire basta non essere sordi. E' la stessa cosa del
vedere e del guardare.
98
CLASSE QUARTA
Chissà se a Scuola voi avete visto e sentito quanto si diceva sulle scienze o
se avete anche guardato ed ascoltato?
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
99
PARTE QUINTA: I MAMMIFERI
1
Una grande varietà di animali di cui facciamo parte.
Abbiamo visto negli anni passati tanti tipi di esseri viventi: gli insetti, i
pesci, gli anfibi, i rettili e gli uccelli. Abbiamo solo accennato, in prima,
all’esistenza di animali piccoli piccoli e molto semplici; esistono anche altri
animali, come le stelle marine, le ostriche, le seppie e le meduse. Di essi non
parliamo: pur essendo a loro modo importanti, avrete tempo per conoscerli nei
prossimi anni.
Val la pena ora di parlare dei mammiferi, un tipo di animale molto diffuso
attorno a noi, a cui appartiene anche l’essere umano. In scienze si dice
generalmente uomo, valendo la parola uomo sia per il maschio che per la
femmina (il cui nome donna viene da un antico cavalleresco "domina" che vuol
dire padrona).
La parola mammifero viene dalla parola mamma. Ma cosa vuol dire? Anche
i pesci hanno la mamma, e così gli uccelli, i rettili e gli insetti. Ma la mamma dei
mammiferi e più mamma delle mamme degli altri animali.
Abbiamo visto che all'origine di tutti gli animali (e anche, in un certo senso,
di quasi tutti i vegetali) c'è un uovo, che ad un certo punto, con l'arrivo del
"mezzo messaggio" necessario (ossia dell'elemento vitale che contiene l’altra
metà del programma), è in grado di sviluppare un nuovo essere, simile ai
genitori. Nei non mammiferi però l'uovo viene generalmente deposto, si sviluppa
e si schiude-fuori della mamma.
Nei mammiferi, invece, l'uovo resta nella mamma ed il nuovo nato esce nel
mondo esterno solo quando è pronto per respirare e vivere come noi. Per di più,
la mamma del mammifero ha la possibilità di nutrire per un po' il suo piccolo con
il latte delle sue mammelle.
Nell'aula Principato ci sono molti esempi di mammiferi. Certamente le
varietà sono molte ed è difficile riconoscerle tutte.
Tenteremo qui di descriverne alcune.
Cominciamo da quei tipi di mammiferi che vivono in acqua e che molti
scambiano per pesci: sono le balene, i delfini e i capodogli; sembra strano
pensare ad una balena che allatta, ma è così.
Poi ci sono animali che vivono spesso in acqua, cioè foche e trichechi.
C’è una grande varietà di animali vegetariani che hanno grandi denti incisivi
e che rosicchiano: sono i roditori tra cui troviamo il topo, il castoro, lo scoiattolo,
eccetera. Il coniglio e la lepre sono pure animali dai grandi denti incisivi, che
certamente ci sono più simpatici del topo.
Ci sono gli altri erbivori (vegetariani) di tante diverse varietà. C’è l'asino, il
cavallo, la zebra, ecc., che poggiano la zampa sull'unghia di un solo dito.
100
CLASSE QUARTA
C’è il gruppo dei cervi, delle mucche, delle pecore, delle capre, degli
stambecchi e così via, che poggiano la zampa sulle unghie di due dita. Molti,
come le mucche (e i tori, ben inteso), hanno poi la caratteristica di avere due
stomaci: in uno mandano il cibo così come lo mangiano; poi lo riprendono in
bocca, poco a poco, e lo masticano con cura, prima di mandarlo nell'altro e poi
nell'intestino; questa operazione si chiama ruminare.
C’è quella di animali in cui il piccolo nato non riuscirebbe a vivere senza il
calore ed il nutrimento della mamma. Essa ha perciò una tasca sulla pancia, il
marsupio, in cui il nuovo nato può stare sino a raggiungere un sufficiente
sviluppo. Il più noto di questi animali è il canguro.
Ci sono animali che mangiano di tutto. Fra questi gli orsi (bianchi, bruni,
grigi), i più domestici maiali e i meno docili cinghiali.
Altro gruppo, che mangia di tutto, è quello delle scimmie e quello umano,
che in molte cose ad esse somiglia.
Ci sono poi i carnivori, con grandi denti canini, divisi in due grandi gruppi.
In uno troviamo il cane, il lupo, la iena, il coiote.
Nell'altro troviamo i felini, ossia leone, tigre, gatto, lince, leopardo,
ghepardo, pantera e tutto il resto della compagnia.
Abbiamo prima usato l’aggettivo domestico. Che vuol dire? Sono domestici
gli animali, uccelli o mammiferi, che l’uomo ha sempre allevato e che servono
all'uomo come ausilio nel suo lavoro, come fonte di cibo, come compagnia e che,
in condizioni normali, non vivono allo stato selvatico. Gli altri sono animali
selvatici. Alcuni animali selvatici possono essere addomesticati; tuttavia per loro
lo stare con l'uomo non è cosa normale e facile: se lasciati liberi tornano allo
stato selvatico, come è per loro naturale. Ci si riferisce ad uccelli in gabbia, pesci
in vasca ed altre situazioni strane come pitoni al guinzaglio o leoni nel giardino.
Nelle pagine che seguono si cercherà di spiegare come sono fatti i vari
organi che compongono il mammifero (e l'uomo). Molte parti sono simili in altri
tipi di animali, come uccelli, pesci, rettili e anfibi.
Parliamo soprattutto dell'uomo per comodità.
2
Lo scheletro
Senza pilastri o muri maestri una casa non sta su; senza picchetti una
normale tenda si affloscia, senza scheletro un animale si comporta come una
medusa. Si dirà: ma gli insetti non hanno scheletro! Attenzione! La loro pelle è
tanto dura che fa da scheletro.
Si dirà: ma alcuni molluschi, come la seppia, non sono poi così flosci; ma
hanno dentro almeno un osso: il famoso (per chi ha uccellini) osso di seppia.
Lo scheletro dei mammiferi è fatto principalmente di ossa, ma è completato
da cartilagini. Cosa sia un osso è facile a dirsi: è esternamente duro e bianco ed
internamente ha una parte più molle, il midollo (nessuno ha mai mangiato gli
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
101
ossi buchi?).
Le cartilagini sono biancastre, translucide, elastiche e non rigide; quella che
c’è dentro la punta del nostro naso è una cartilagine. Se mangiate del palombo,
che è un piccolo pescecane, vi accorgerete che alcuni pesci hanno lo scheletro
fatto tutto di cartilagini. Però, nei bambini piccoli, appena nati, alcune ossa (ad
esempio del cranio) sono delle cartilagini, in modo che il loro scheletro risulti
più flessibile.
Le varie parti dello scheletro sono tenute assieme dalla colonna vertebrale,
che parte dalla testa ed arriva alla coda; anche l'uomo ha la coda, solo è piccola
piccola e non esce all'esterno. La colonna vertebrale (la si chiama comunemente
anche spina dorsale) è fatta da anelli bitorzoluti, le vertebre, montate l’una
sull'altra con in mezzo una cartilagine, il disco, e tenute insieme (come ogni altro
osso in generale) da delle specie di cordette in un materiale non elastico: i
legamenti. In questo modo si ha una struttura flessibile ed adattabile che ci
permette molti movimenti. Nel foro delle vertebre e dei dischi passa il midollo
spinale, che è molto importante perché è collegato al sistema nervoso ed al
cervello.
Ad una estremità della colonna vertebrale c'è il cranio: la parte principale è
costituita da ossa legate assieme per formare una scatola tondeggiante, che
contiene il cervello. Ci sono dei buchi, per far passare il midollo spinale ed i
nervi della vista e dell'udito. Ci sono due affossamenti per alloggiare gli occhi e
c’è un osso in fuori, come base per il naso. Sotto al cranio sono fissamente
attaccate le ossa del palato e la mandibola ed è incernierata la mascella. Queste
due ultime ossa portano i denti. Di fianco al cranio sono alloggiate le due
chiocciole delle orecchie.
La cassa toracica è una specie di gabbia che contiene polmoni e cuore,
organi importanti per la nostra vita. E' fatta di costole, ossa lunghe, fissate ad un
capo alle vertebre del torace. Dall'altro capo, la maggior parte di esse è collegata
ad un osso, al centro del petto, che si chiama sterno.
Al sommo della schiena ci sono due ossa triangolari, che nei bambini magri
sporgono come due alette, che si chiamano scapole; esse, assieme ad altre due
ossa sul davanti, le clavicole, servono d'attacco agli arti superiori (anteriori per
gli altri mammiferi).
Alla parte bassa delle vertebre si attaccano le robuste ossa del bacino: una
specie di cestello che sostiene l'intestino e gli altri organi inferiori (posteriori per
gli altri) e che serve d'attacco per le ossa delle gambe.
Infine ci sono gli arti (braccia, gambe o zampe), che sono suddivisi in
quattro tratti. Nel primo (braccio o coscia) c’è un osso lungo e robusto: omero
per le braccia e femore per le gambe. Nel secondo ci sono due ossa accoppiate,
una più grossa dell'altra, attaccate al gomito o al ginocchio: il radio e l'ulna, negli
avambracci, e la tibia e il perone, nei polpacci. Al polso e alla caviglia sono
attaccate le ossa del palmo della mano o della pianta del piede, a cui poi sono
102
CLASSE QUARTA
attaccate le dita, Qui, come si vede nella figura 15, l'uomo (e la scimmia con lui)
usano i propri arti in modo diverso da molti altri mammiferi. Così come avevamo
visto col pollo, molti animali camminano in punta di piedi o, addirittura, in punta
di dita, come una ballerina classica. Il loro omero ed il loro femore sono corti e
poco si distinguono dal tronco del corpo (cassa toracica e bacino, con quel che
contengono). Quello che a noi sembra una coscia è invece un polpaccio; le ossa
della parte terminale degli arti corrispondono a quelle della pianta del nostro
piede e camminano sulle dita. Lo stesso per gli arti anteriori. Se non ci credete,
andate a guardar bene un cane o un gatto o un cavallo (se ne trovate) per vedere
come sono fatti.
fig. 15 - lo scheletro umano e di altri
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
3
103
Un sistema di fili per sentire e comandare tutto
Del cervello, del cervelletto e del midollo spinale avevamo già parlato in
seconda. Il cervello sente, ricorda, pensa, paragona, ragiona, comanda, fa
crescere, è sede di istinti ed ha la volontà per bene indirizzarli, ama e odia.
Noi non lo conosciamo completamente. Certamente in lui esistono fenomeni
di tipo chimico ed elettrico; sulla sua corteccia si depositano, come in una
memoria di calcolatore, i ricordi. Si è capito che una certa parte del cervello
serve a questo ed un'atra parte a quello, ma non tutto è chiaro.
Ricordiamoci che il cervello è infinitamente più in gamba di un qualsiasi
calcolatore elettronico, che non può far altro che eseguire ciecamente quello che
il nostro cervello gli ha insegnato.
Il cervelletto collabora col cervello nei movimenti. Nel midollo spinale
passano quasi tutti i collegamenti col resto del corpo. Certi ordini "di riflesso",
come certi gesti automatici ed istintivi, hanno origine nel midollo spinale, prima
ancora che il cervello pensi e decida. Dal cervello, dai cervelletto e dal midollo
spinale partono i nervi: sono come dei fili (fatti logicamente non di rame ma da
un tessuto biancastro vivo) che portano le sensazioni ai cervello e gli ordini alle
altre parti del corpo.
4
I muscoli per muoversi
I muscoli sono gli organi di movimento del corpo. Sono fatti di una sostanza
generalmente rossastra (anche per la grande quantità di sangue che li percorre)
che, essendo viva (non dimentichiamolo mai) ha la proprietà di essere distesa a
riposo, ma di ingrossarsi e accorciarsi se eccitata da un segnale, che è una
piccola scarica elettrica. Il muscolo si contrae nel suo complesso perché è
formato da tante piccole fibre muscolari che a loro volta si contraggono.
Ci sono muscoli che si muovono automaticamente; altri, come quelli del
cuore, che agiscono in modo praticamente automatico; altri, come quelli degli
arti, che si muovono a comando.
Negli arti i muscoli sono collegati ad ossa differenti, mediante tendini; è
chiaro che, quando si contraggono, le ossa si avvicinano; quando si contrae il
muscolo opposto, si allontanano.
5
Il cibo per vivere
Una volta abbiamo detto che vivere è bruciare del carburante adatto, tanto è
vero che una persona viva emana calore.
Certamente la benzina od il carbone non fanno per noi. Però il carbonio, che
sta alla base del carbone, è contenuto in quasi tutte le sostanze animali e vegetali
e serve per nutrirci. Le calorie, di cui si parla nelle diete, sono unità di misura di
calore prodotto. Noi utilizziamo questa energia per vivere: muoverci, pensare,
far funzionare i nostri organi.
104
CLASSE QUARTA
Noi abbiamo però bisogno anche di altre sostanze minerali, che aiutano a
costruire nuove cellule o a rinforzarne altre, come calcio (serve nelle ossa), ferro,
potassio, sodio (è nel sale), ecc.. Le sostanze che servono a costruire o rinforzare
le nostre cellule sono le proteine.
Inoltre, quando espelliamo le scorie del nostro processo vitale, o con il
sudore (che evaporando serve a raffreddare un po' il nostro corpo) o con l'urina,
consumiamo acqua. Noi sappiamo che il nostro corpo è fatto in gran parte
d'acqua e perciò l'acqua è necessaria. Inoltre il nostro sudore è salato ed è questa
un'altra ragione per mangiare sale (nei paesi tropicali si mangiano addirittura
pasticche di sale).
Tutto questo noi lo mangiamo o lo beviamo.
Nella bocca il cibo solido viene (deve essere assolutamente) masticato.
Questo per renderlo a forma di poltiglia (o quasi) e per mischiarlo alla saliva. La
saliva contiene un disinfettante (avete in mente gli animali che si leccano le
ferite?): è la ptialina, che comincia ad agire su sostanze come pasta e pane per
digerirle, ossia per rendere adatte queste sostanze per essere assorbite dal corpo.
La saliva inoltre inumidisce il cibo, rendendolo pastoso.
Dopo di che il boccone passa nell'esofago e scende nello stomaco. Lo
stomaco è una sacca che si contrae ritmicamente, macinando il cibo. In esso delle
sostanze, come la pepsina e l'acido cloridrico, completano la preparazione del
cibo per la digestione finale. Quando il cibo è al punto giusto di preparazione, si
apre una valvola che collega stomaco ad intestino ed il cibo può passare in
quest'ultimo.
L'intestino è un lungo tubo diviso in varie parti: nella prima (il duodeno) si
completa la preparazione (con la bile che viene dal fegato); in un'altra (la piu
lunga - l’intestino tenue) il cibo viene assorbito dai villi intestinali e passa nel
sangue; nelle ultime due (crasso e retto) si raccoglie quel che resta, che poi viene
espulso.
L'intestino e gli altri organi della digestione sono separati dal resto
dell'addome (la parte interna del tronco del corpo) dal diaframma, una membrana
muscolare che aiuta, assieme ai muscoli del petto, a respirare. L'intestino poi è
avvolto da un sacco di protezione detto peritoneo.
Ci sono tanti nomi difficili. Sono stati citati per coloro che sono curiosi e
vogliono andare a leggerseli. Non è un guaio se ne ricorderete solo la metà. Basti
sapere come funziona il tutto.
Il cibo, digerito e passato nel sangue, serve a costruire nuove cellule ed ad
essere bruciato per darci energia. Quello che avanza è trasformato in grasso,
come scorta per i momenti di carestia (grandi sforzi fisici o mentali). Se la
carestia non arriva, i magazzini diventano abbondanti e pazienza, cerchiamo di
far moto per eliminare il superfluo. Da notare però che un po' di grasso fa
comodo perché "copre" il corpo e ci protegge da sbalzi di temperatura.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
6
105
L'ossigeno per vivere
Non si è mai visto niente bruciare senza ossigeno. E dove è l'ossigeno?
Nell'aria.
Noi respiriamo, anzi inspiriamo (avevamo già visto questa parolaccia, che
vuol dire tirar dentro aria). L'aria passa dal naso (meglio il naso che la bocca)
nella gola, nella trachea, nei bronchi e nei polmoni.
Nei polmoni ci sono delle cellette (gli alveoli) in cui l'ossigeno viene dato al
sangue. Il sangue, di rimando cede il "fumo" della combustione (carbonio più
ossigeno ossia anidride carbonica).
Allora, quando espiriamo (buttiamo fuori l'aria), dal nostro naso esce questa
anidride carbonica, che a noi è nociva, ma può servire alle piante.
L'ossigeno viene portato dal sangue nelle varie cellule dove trova il cibo,
che così brucia, dandoci energia.
7
Una pompa e dei tubi assai importanti
Man mano che si va avanti, risulta sempre più l'importanza del sangue. Esso
porta cibo, per fare energia o nuove cellule, e porta ossigeno. Ma il sangue
contiene anche altri tipi di cellule, per combattere le malattie, per curare le ferite,
ecc..
La circolazione del sangue è fatta ad 8. Un circolino dell'otto è il percorso
del sangue attraverso i polmoni per prendere ossigeno e lasciare anidride
carbonica. L'altro circolino, che però si ramifica in molti circolini, è dato dalle
arterie che portano in ogni zona del corpo il sangue fresco, dai capillari (vasi
sanguigni piccoli piccoli, che lo portano ad ogni cellula), e dalle vene, che
riportano il sangue al punto di partenza.
Al centro dell'otto c’è il cuore, il cui ritmico battito ci accompagna tutta la
vita. E' una doppia pompa, piena di valvolette.
Si parla di cuore, nelle canzonette, come di origine dei sentimenti. Bugia. Il
cuore pompa. Ma è vero che un'emozione, una paura, un sentimento amoroso,
anche, accelerano o rallentano il battito cardiaco. E' un effetto e non una causa;
ma questo fenomeno faceva pensare agli antichi che il cuore... facesse rima con
amore.
Come in ogni buona macchina, anche nella circolazione del sangue è
necessario un filtro per eliminare dal sangue le sostanze di scarto e nocive.
Questo filtro è rappresentato dai reni. Gli scarti, assieme ad acqua, sono inviati
alla vescica, che li raccoglie, per poi espellerli periodicamente come urina.
106
CLASSE QUARTA
fig. 16 - cibo e sangue
8
Aver cura di sé
Il nostro corpo è una macchina molto bella, ma complicata e delicata.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
107
Bisogna aver cura di sé.
Aver cura di sé non significa imbottirsi di pillole inutili per farsi passare
questo o quello. Le medicine sono necessarie, ma vanno prese su consiglio del
medico. La parola farmaco deriva da una parola greca che significa veleno: ci
sono molti veleni che, nell'antichità come oggi, facevano e fanno bene se usati in
minima misura, solo quando necessario. Se si esagera, arrivano i guai e il
farmaco mette a posto una cosa e ne guasta un'altra.
Invece è importante per il corpo, così come per la vostra bicicletta, fare una
buona manutenzione: soprattutto pulizia.
Pulizia significa lavarsi con un buon prodotto e dappertutto. La pelle con un
sapone adatto e le mani, in particolare, prima di ogni pasto. Il viso e le braccia
almeno due volte al giorno e dopo ogni sudata. I mussulmani devono, per regola
religiosa, lavarsi faccia, mani ed avambracci cinque volte al giorno. Se non c’è
acqua, si strofinano con la sabbia del deserto. Non è poi una cattiva idea.
I capelli van pure lavati con un buon prodotto e asciugati, meglio con
salviette calde che con asciugacapelli.
I denti van lavati, con uno spazzolino abbastanza duro, spazzolando dal
basso verso l'alto e viceversa, di fuori e di dentro, almeno due volte al giorno.
Dato che ogni dentifricio ha sue caratteristiche, può essere utile impiegarne due
diversi alla sera e alla mattina.
Attenzione a ciò che si usa per le parti non coperte da pelle, quelle un po'
spugnose, che son dette mucose, tipo labbra. Sono molto delicate, anche perché
spesso mettono in comunicazione l’esterno del corpo col suo interno. Occorre
molta pulizia con acqua pulita, eventualmente con prodotti, che non la
pubblicità, ma un medico o i vostri genitori possono consigliarvi.
Classe quinta
LE MACCHINE,
IL VAPORE E L’ELETTRICITÀ;
COSE CHE PESANO MENO
O CHE PESANO DI PIÙ;
IL MONDO E LE STELLE
110
CLASSE QUINTA
INTRODUZIONE
Sembra ieri quando abbiamo cominciato, tutti seduti attorno al bancone, ad
occuparci di esseri animati e cose inanimate.
Invece siamo arrivati in quinta, alla fine di quel ciclo irripetibile della vostra
vita, che vi ha visto trasformarvi da bambini piccoli a ragazzini, pronti a
sbocciare in quell'avventura meravigliosa (pur con i suoi chiari e scuri) che è la
vita.
Riguarderemo, quest'anno, alcuni fenomeni che già abbiamo conosciuto
negli scorsi anni, ma ci soffermeremo particolarmente su alcune novità, che
hanno caratterizzato il nostro "Evo Contemporaneo"
Esso è nato con il perfezionamento della macchina e con l'industria: è una
stagione della vita dell'umanità che porta con sé tante contraddizioni,
Dicono, a ragione, i preoccupati:
¾ l'umanità cresce di numero, occupa tanti piu spazi della nostra Terra
e distrugge.;
¾ il progresso, se mal controllato, è fonte di danni per l'ambiente;
¾ tanti squilibri vi sono ancora nel modo di vivere di un'umanità di
gente ricca e povera.
Tutto da buttare, allora? Bisogna anche tener conto di altri importanti
fattori, tra cui:
¾ tante malattie sono state debellate e l'uomo vive molto più a lungo di
quanta vivesse qualche secolo fa;
¾ molta più gente vive meglio che in passato; noi non possiamo
nemmeno immaginare tanti modi di vivere che un tempo erano
normali;
¾ l'aver carne a tavola più di un giorno alla settimana era di pochi;
¾ il lavoro, per i più, occupava ben più di dodici ore, era faticoso,
senza "tempo libero" e poco fruttuoso;
¾ gli insetti parassiti erano dovunque e portavano tante malattie;
¾ l'igiene era quasi sconosciuta e anche la sua mancanza era causa di
tanti guai;
¾ Valentino (quello della poesia) non aveva scarpe ed indossare un
vestito non di stracci era possibile solo per le grandi occasioni.
Come sempre, c’è del buono nel cattivo e c’è del cattivo nel buono. Bisogna
sforzarci sempre di non esagerare e di considerare ogni volta attentamente le
conseguenze di quanto si fa. Bisogna sforzarci di migliorare il nostro modo
d'essere senza spezzare l'armonia di quanto ci circonda e di cui, alla fin fine,
abbiamo bisogno. Senza isterismi però e coscienti che molto di buono abbiamo
ricevuto da questo strano "Evo Contemporaneo".
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
111
PARTE PRIMA: LE PRIME MACCHINE
1
Che cosa è una macchina
Il lavoro più semplice da capire è quello affidato ai muscoli dell'uomo o
degli animali. Noi abbiamo imparato che esiste un lavoro fatto dalle cose (Sole
incluso) o dalle macchine.
fig. 1 - meccanismi, ingranaggi e bielle
L'uomo primitivo, se aveva intenzione di fare un lavoro, si affidava ai propri
muscoli. Più tardi sostituì ai propri muscoli quelli degli schiavi. Ancora più tardi
imparò ad addomesticare gli animali ed ad avvalersi del loro lavoro.
Il lavoro muscolare ed animale è rimasto la base del nostro modo di lavorare
sino all’inizio di questo secolo, ma non è scomparso, ovunque e sempre,
112
CLASSE QUINTA
nemmeno oggi.
Tuttavia, da quando l'uomo conobbe la prima civiltà, quella della pietra,
nacquero gli attrezzi o gli utensili. Un attrezzo, concentrando lo sforzo in un
punto o una linea (pensiamo all'ago o al coltello) o sfruttando i principi delle
leve, permette di meglio utilizzare il lavoro muscolare, facendolo "rendere" di
più.
Quando un attrezzo è abbastanza complicato, fatto di più parti collegate
meccanicamente, ho un meccanismo. Ci sono meccanismi semplici, mossi dal
lavoro muscolare. Ci sono meccanismi che utilizzano fonti di energia non
muscolari (elettricità, benzina, carbone, acqua, vento, ecc.). Questi sono più
propriamente detti "macchine".
Abbiamo visto alcuni attrezzi e meccanismi semplici, generalmente mossi
coi muscoli, usati nel corso dei secoli. Molti si basano sul concetto delle leve, di
cui diffusamente si è parlato in quarta.
2
La trasformazione del movimento
Chiunque vada in bicicletta sa che è molto più facile affrontare una salita
quando si ha il cambio.
In effetti le nostre gambe (ma per le macchine è lo stesso) possono
esercitare una determinata forza massima, ad una certa velocità ottimale. Se devo
fare un certo lavoro (scalare una salita), posso eseguirlo in un tempo breve,
impiegando una grande forza.
Posso però far in modo che la forza sia quella giusta per la fonte di energia,
alla velocità che più le si adatta, e che un meccanismo riduca la velocità finale,
ma esplichi una maggiore forza. Il lavoro finale sarà lo stesso; occorrerà più
tempo, ma la forza impiegata sarà la più giusta.
Guardando il nostro vecchio mulino, notiamo ingranaggi e pulegge. I primi
possono essere accoppiati direttamente o mediante catene. Le seconde sono lisce
(senza denti) e collegate con cinghie.
E' chiaro che, in un ingranaggio, ciascun dente ingaggia un corrispondente
dente dell'altra ruota. Se il primo ingranaggio ha metà denti del secondo, il primo
farà due giri per ogni giro del secondo. Per di più il secondo ingranaggio avrà un
diametro doppio e, per il principio della leva di Archimede, lo sforzo sulla
seconda ruota avrà valor doppio.
Perciò, se useremo alla ruota della bicicletta un ingranaggio più grande,
andremo più adagio, ma trasmetteremo alla ruota stessa una forza maggiore.
Lo stesso avviene per le pulegge: basta ragionare con le lunghezze delle
circonferenze invece che col numero dei denti.
Guardando sempre il mulino, ci si accorge che talvolta occorre far cambiare
la direzione alla rotazione. Si ricorre allora ad ingranaggi strani (o anche a viti
con ingranaggi).
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
113
Pensando però al movimento delle nostre ginocchia in bicicletta, o alla
macchina da cucire della nonna, o al modellino del motore a scoppio, ci si
accorge che talvolta ci occorre mutare un movimento rettilineo (avanti indietro o
su e giù) in un movimento di ruota (o viceversa). Facciamo perciò conoscenza
con la biella (il nostro polpaccio nella bicicletta) e con la manovella (i pedali).
3
Mulini a vento a mulini di fiume
I mulini sono state le prime macchine vere inventate dall'uomo. Il lavoro
dell'acqua è stato molto utilizzato, non solo per far farina od olio, ma anche per
muovere macchine da tessitura o altro.
Tanto è vero che lo sviluppo industriale a nord-ovest di Milano ha tratto
impulso da un piccolo fiume, oggi quasi dimenticato: l'Olona.
L'acqua preme sulle pale, fa una piccola montagnetta contro le stesse e la
pressione di questa montagnetta d'acqua ed il correre della stessa muovono la
ruota del mulino.
fig. 2 - -pale nell'acqua e nel vento
Nei Paesi con tanto vento si sono sviluppati i mulini a vento. La ruota di un
mulino a vento moderno è un'elica, che lavora al contrario di quella di un
aeroplano (l'aria spostandosi fa girare l’elica e questa girando fa spostare
l'aereo). Le ruote del tempo andato erano munite di vele. Il vento batteva sulle
vele, che incontrano obliquamente il vento; il vento scivola via, come una forza
114
CLASSE QUINTA
su un piano inclinato, e la vela si sposta (come nel nostro modellino). Con questi
sistemi, non solo si è macinato farina, ma anche si è pompata via l'acqua
prosciugando le paludi salmastre, ad esempio nei Paesi Bassi (da noi chiamati
Olanda). Vi è addirittura un pezzo di mare, lo Zuidersee che è ad un livello
inferiore del mare al di là di una diga (ossia il Mare del Nord).
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
115
PARTE SECONDA: IL CALORE CHE LAVORA
1
La nascita dell'industria e la scoperta di Papin e Watt
Nella Storia succedono fatti strani: ci sono degli eventi che accadono allo
stesso momento, quasi per caso, e che tutti assieme modificano radicalmente il
modo di vivere.
Ad esempio, nel passaggio dal Medio Evo all'Evo Moderno, hanno influito
1'invenzione della stampa (che permetteva di divulgare tra più persone la cultura
e la conoscenza degli scrittori antichi), l'invenzione (meno bella) della polvere da
sparo (che faceva tramontare l'epoca dei cavalieri) e la scoperta dell'America
(che apriva all'Europa nuove frontiere).
Così il passaggio dall'Evo Moderno a quello Contemporaneo fu dettato da
tre fatti diversi: la rivoluzione francese, la nascita dell'industria e la scoperta del
motore a vapore.
Alla fine del 1700 in Francia scoppio la Rivoluzione Francese.
Era essenzialmente la rivolta delle persone più importanti del Borgo (ossia
della città), la borghesia, contro l'antico ordine delle cose, che vedeva in
posizione dominante la vecchia (e superata) organizzazione delle campagne,
ossia i grandi proprietari terrieri, ossia i nobili. Lo stesso fenomeno era già
avvenuto in Inghilterra, per via pacifica, dato che lì, già da molto tempo, esisteva
una rappresentanza politica di chi pagava le tasse, ossia un Parlamento, che
aveva forti poteri per limitare l’invadenza della nobiltà e del Re.
Le idee francesi, che, a parte il conflitto borghesia - nobiltà, comprendevano
appunto il concetto di libertà, di rappresentanza parlamentare (uguaglianza di
fronte alla legge) e di solidarietà tra cittadini (fraternità), furono portate a spasso
per l’Europa da uno che parlava di liberta, uguaglianza e fraternità, ma che con
queste idee poco aveva da spartire: Napoleone.
Ma chi erano questi borghesi? Erano e sono commercianti, banchieri, liberi
professionisti (dottori, notai, avvocati, farmacisti, ecc.), insegnanti, artigiani e
così via.
Da loro, nel 1800, veniva creata l'industria.
Che differenza passa tra industria e artigianato?
L'artigiano, quando fa un mobile, una scarpa, "un'opera d'arte", parte spesso
dal desiderio di uno specifico cliente, si procura i materiali necessari, esegue
l'opera, la finisce e, consegnandola, incassa quanto dovutogli.
L'industria è un'organizzazione in cui i diversi compiti sono divisi tra più
gruppi di persone che lavorano assieme, con compiti differenti. La creano in
genere dei borghesi (commercianti, tecnici, artigiani, banchieri). C'è in genere
chi (una persona o una società di persone) intraprende l'attività, ossia crea
l’industria, ne fissa gli scopi e, in genere, la guida. Egli (o loro) mette (o
116
CLASSE QUINTA
mettono) un capitale (edificio, macchinari, denaro liquido per iniziare). I capitali
in genere non sono sufficienti e l'imprenditore ha bisogno delle Banche, che gli
prestino quanto necessario. Poi ci sono i collaboratori: c'è chi progetta, chi
acquista la materia prima necessaria, chi esegue l'opera, chi la vende e chi tiene i
conti. Anche se, per qualche grosso prodotto, può accadere che lo stesso sia fatto
su misura per un dato cliente, nella generalità dei casi 1'industria produce
prodotti di cui non si conosce il cliente. La vendita avviene a sconosciuti
attraverso negozi.
E' chiaro che l’artigiano pensa, progetta e fa il suo prodotto nella sua
interezza. Poi lo fa come lo vuole il cliente. Fa perciò un prodotto migliore e, in
un certo senso, l’artigiano si diverte di più.
L'industria però è in grado di produrre a costi inferiori e accessibili a molti.
Pensate ad un abito fatto su misura e a quello che si compra in un grande
magazzino od in un negozio: c’è differenza di costo, ma anche di fattura.
E cosa c’entra questo con Papin? L'industria ha bisogno di macchine e di
farle muovere. L'acqua e il vento sono dove sono e, in genere, non nel borgo.
Papin, osservando il moto di un coperchio su una pentola in cui bolle
l'acqua, e realizzando, poi, una specie di pentola a pressione, capì che il vapore
poteva fare un lavoro. Stephenson e Watt arrivarono ad una macchina che era
mossa dal vapore. Era un fatto importantissimo, perché permetteva di avere una
fonte di energia dove la si voleva e non solo dove la natura le permetteva di
esistere. Era il fondamento della nascita dell'industria e dello sviluppo delle città,
da luogo di scambi (commercio nel mercato) a luogo di grande produzione.
Inoltre questa macchina, per prima, poteva sostituire il cavallo nei trasporti,
facilitandoli.
2
La macchina a vapore tradizionale
La macchina a vapore è molto semplice.
C’è una parte della macchina in cui si produce calore: è la camera di
combustione in comunicazione col camino. C’è una caldaia, piena a metà
d'acqua, sormontata da un "duomo" in cui si raccoglie il vapore; un tubo,
governato da una valvola di regolazione, porta il vapore allo stantuffo.
Il fuoco scalda l'acqua e produce vapore. Il vapore ha bisogno di espandersi
e esercita una pressione. Il vapore fluisce nella quantità concessa dalla valvola di
regolazione (questa quantità si chiama portata o quantità di flusso) e viene
immesso in uno stantuffo, di cui fa muovere il pistone.
Dato però che si vuol muovere il pistone avanti e indietro, il tubo vapore
proveniente dalla caldaia passa anche per un rubinetto automatico (si muove da
solo) speciale detto cassetto; questo rubinetto, comandato meccanicamente dal
movimento dello stesso stantuffo, manda alternativamente il vapore dall'una o
dall'altra parte dello stantuffo e, nello stesso tempo, permette che il vapore che
ha già spinto lo stantuffo si scarichi.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
117
Logicamente il pistone aziona un sistema biella/manovella per trasformare il
movimento da alternato rettilineo a rotatorio. Nel nostro modello c’è anche un
volano, cioè una grossa ruota che immagazzina energia di movimento e permette
una rotazione uniforme, anche se lo stantuffo ha un'azione non uniforme. In altre
parole ha una certa inerzia che aiuta a passare i punti morti, quando lo stantuffo
ha finito la sua corsa e sta per cambiare senso di moto.
fig. 3 - la macchina a vapore
Nel nostro modello c'è poi una valvola di sicurezza, regolata a leva, per
evitare che scoppi tutto; c’è poi un fischio, che, in una locomotiva, serve da
segnale e che, in una macchina fissa industriale, può servire come la campanella
nel corridoio della scuola.
C'è anche il simbolo di un pendolo di Watt. Questo pendolo gira su sé stesso
con la velocità della macchina. Se la macchina non gira o gira troppo adagio, i
pesi tendono verso il basso; quando la macchina gira i pesi si alzano per forza
centrifuga; se gira troppo svelto, si alzano molto. Se voglio avere una velocità
costante, posso collegare la valvola di regolazione del vapore alla posizione dei
pesi, in modo che questi, alzandosi, chiudano la valvola e, abbassandosi,
l'aprano. E' questo un modello semplice di una regolazione automatica (simile a
quella dei relè *).
* La parola relè è il termine francese per le stazioni di posta, ossia di quei luoghi dove
all’arrivo d1 un messaggio partiva un altro messaggio. Questo termine è usato, specialmente
118
CLASSE QUINTA
Nella macchina a vapore la possibilità di fare un lavoro dipende da due
fattori: la pressione nella caldaia e la quantità di flusso di vapore che la valvola
di regolazione lascia passare. Questo è molto importante.
3
La potenza
Se io voglio fare un certo lavoro, mi importa di sapere se i mezzi che mi
danno energia sono in grado di farlo in quantità sufficiente. Devo poi trovare il
sistema di regolare il lavoro da farsi secondo le necessita.
Se ho due cavalli attaccati al carretto, invece di uno, posso portare più roba.
Agendo sulle redini e con la voce, posso poi stimolare i cavalli per dosare il loro
lavoro.
Quando è nata la macchina a vapore, uno dei suoi impieghi è stato quello di
sostituire i cavalli del tram a cavalli (primo perfezionamento della diligenza).
Chi montava una macchina a vapore voleva sapere quanto era grossa, quanta
lavoro potesse fare, cioè quanti cavalli poteva sostituire. Da questo è nato il
concetto di potenza della macchina, ossia della sua possibilità di fare un lavoro.
Logicamente la prima unità di misura per la potenza è stata il Cavallo a
Vapore (per gli inglesi horse power: potenza del cavallo). Infatti interessavano i
cavalli da sostituire nel tram. Questo modo di misurare esiste ancora per
automobili, motociclette, ecc. Esiste un'unità di misura più giusta: è il watt (W)
(1000 W = 1 kW), ma viene usato più per le cose elettriche.
Esiste una potenza massima di una macchina, così come una potenza
istantanea: la potenza istantanea è la possibilità di fare un lavoro di una
macchina nelle condizioni in cui è regolata in quel momento. Per chiarirci: la
moto a pieno gas dà la potenza massima; se però non voglio spaccarmi la testa,
io regolo l'acceleratore, riducendo la potenza ad un valore opportuno, che è la
potenza istantanea.
Adesso torniamo alla macchina a vapore: la potenza dipende da quei due
fattori di cui si è detto: pressione e flusso di vapore. Parlare di flusso (o portata)
significa considerare la quantità (volume o massa, secondo i casi) di sostanza
(vapore, nel nostro caso) che passa in un certo tempo (**). La potenza dipende
dal prodotto dei due: pressione per flusso. Con il massimo fuoco possibile (e cioè
con la massima pressione ottenibile prima che scoppi tutto) e con la valvola tutta
nelle cose elettriche, per indicare un apparecchio che interviene quando gli giunge il segnale che
determinate condizioni si siano verificate.
** Il flusso di macchine in un'autostrada si può misurare in automobili che passano dal
casello ogni ora o in tonnellate di veicoli al minuto. Un flusso d'acqua da un rubinetto si può
misurare in bottiglie o litri al minuto.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
119
aperta ho la potenza massima. Regolando la valvola (ossia uno dei due fattori) e
prestando attenzione che il fuoco sia sempre quello giusto, possiamo regolare la
potenza istantanea del modellino.
Questa regola (potenza = pressione x flusso) è molto importante perché vale
un po' per tutte le macchine. Per esempio, nel nostro mulino, la potenza dipende
dalla pressione esercitata sulle pale da quella montagnetta d'acqua, che abbiamo
visto, per la corrente, ossia dalla quantità d'acqua che fluisce sotto le pale (flusso
o portata dell'acqua). Se metto il mulino in uno stagno, non macino proprio.
4
Le turbine a vapore
Oggi la macchina a vapore che abbiamo visto, non viene usata quasi più.
Sono nate le turbine a vapore, che servono molto spesso per muovere le
macchine che generano l’energia elettrica (in realtà trasformano l’energia da
meccanica in elettrica: ricordate che l’energia si trasforma, ma né si crea, né si
distrugge).
Nelle centrali termoelettriche vi è sempre una caldaia (molto diversa dalla
nostra) che produce vapore. Per scaldare l’acqua si usa olio combustibile,
carbone, metano o, non ora in Italia, energia derivata da cambiamenti negli atomi
(energia nucleare***).
Il vapore poi passa in una turbina in cui incontra una serie di palette.
Queste, investite dal vapore in pressione, girano trascinando un albero a cui, in
genere, è collegato il generatore di energia elettrica.
5
Il motore a scoppio
Il motore a scoppio utilizza invece l'esplosione di una miscela di aria e
benzina, accesa da una scintilla.
Si hanno quattro tempi:
¾ aspirazione
¾ compressione
¾ scoppio
la miscela viene succhiata nel cilindro;
la miscela viene compressa;
nella candela viene provocata una scintilla e lo
scoppio spinge via il pistone;
¾ espansione:
il pistone spinge fuori i gas bruciati.
Il tutto funziona con l’aiuto di due valvole che si aprono al momento giusto
*** In passato in Italia (in altri Paesi ancor oggi) si ricavava energia calore rompendo i
nuclei degli atomi di Uranio. In futuro si spera di aver energia calore fabbricando atomi di Elio
dall’unione di atomi di idrogeno.
120
CLASSE QUINTA
a mezzo di camme: una per lasciar passare la miscela durante l'aspirazione; l'altra
per permettere lo scarico dei gas bruciati nell'ultimo tempo.
I cilindri sono, di norma, quattro, anche se esistono macchine con due, sei o
otto cilindri. In effetti si nota che solo in uno dei quattro tempi il motore lavora;
negli altri assorbe energia. Se si fa in modo che ci sia sempre un cilindro su
quattro nel tempo di scoppio, ho una spinta uniforme.
fig. 4 - il motore a scoppio e quello a reazione
I motori Diesel (a gasolio) o a due tempi (a miscela di benzina e olio) sono
simili a quello visto. Il motore a scoppio può poi impiegare anche metano o gas
al posto della benzina.
E la potenza? Anche qui ho una pressione ed un flusso: la pressione è data
dalla compressione della miscela aria / combustibile e dalle sue caratteristiche di
scoppio; il flusso è quello della miscela che immetto nel motore, a mezzo della
valvola a farfalla, comandata dall'acceleratore.
I gas di scarico inquinano. Meno, se si usano benzine speciali (verde) e se
assieme si usa una marmitta in grado di trasformare chimicamente i gas di
scarico (marmitta catalitica). Tuttavia inquinano tutti almeno un po', dato che in
un piccolo motore è difficile tenere sotto controllo il modo in cui avviene la
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
121
combustione e quello che si scarica. In più il motore a scoppio in città si somma
ad altri scarichi (riscaldamento, industrie, ecc.).
In una centrale elettrica è possibile (se lo si vuole) controllare i fumi. Inoltre
la centrale non è, in genere, in città ed i suoi fumi non si sommano ad altri. Se si
considera che tra pochi decenni è previsto un raddoppio del traffico, nasce il
desiderio di arrivare ad aumentare i mezzi di trasporto elettrici (treni, tram,
filovie, metropolitane e, risolvendo qualche grosso problema attuale, automobili
e furgoni elettrici). Molto tempo si è perso, se si pensa che, quando ero piccolo,
c’erano molti più tram e filovie di ora e che i furgoni per portar la verdura in
città e quelli dei funerali erano elettrici.
6
Il motore a reazione
Ogni azione comporta una reazione: l'abbiamo imparato lo scorso anno. Se
spingo un banco, ho la sensazione che il banco schiacci la mia mano. Se un
bambino spinge un altro bambino (che solo resiste), la spinta è reciproca. Se i
due bambini sono su ruote, tutti e due si muovono. Lo stesso avviene quando uno
è su una barca e cerca di allontanarne un'altra: tutte e due le barche si muovono.
Come si muovono? Quella con maggior massa e/o che offre maggior resistenza
all'acqua si muove meno.
Se io prendo un palloncino, lo riempio d'aria e poi lo lascio andare, la
membrana del palloncino spinge fuori l'aria, che reagendo spinge, per reazione, il
palloncino. Dato che l'aria che esce è molta e che il palloncino è leggero,
quest'ultimo vola.
Un razzo che brucia butta fuori gas, ma il gas reagisce e manda avanti il
razzo. Attenzione! Il razzo ha bisogno, per bruciare, di ossigeno, ma il suo
funzionamento di azione / reazione non ha niente a che vedere col "mezzo" in
cui si trova. Risultato: un razzo con serbatoi d'ossigeno può muoversi nel vuoto
ed arrivare sulla luna; un motore a reazione può muoversi in una zona
dell'atmosfera in cui l'aria è rarefatta (c’è appena quel po' di ossigeno che serve a
bruciare, ma non abbastanza per respirare (ad esempio).
Gli aerei ad elica avevano bisogno di un'atmosfera densa per avvitarvi con
successo l'elica. Incontravano però molte nubi e temporali. L'aereo a reazione
vola a nove-diecimila metri d'altezza, sopra la maggior parte delle "perturbazioni
atmosferiche" (nubi, temporali, vuoti d'aria, ecc.).
La nostra barchetta a reazione butta fuori vapore. Il vapore, uscendo,
reagisce e manda avanti la barchetta. Se potessi riscaldare l'acqua senza necessita
d'ossigeno, potrei farla andare nel vuoto.
122
CLASSE QUINTA
PARTE TERZA: E DOPO IL MULINO?
1
Le centrali idroelettriche
Le centrali idroelettriche trasformano l'energia di moto (acqua in
movimento) e di posizione (acqua in alto che preme per scendere) dell'acqua per
trasformarla in energia meccanica, prima, e poi in elettrica. Anche le centrali
idroelettriche possono provocare danni (inondazioni per rotture o modifiche al
corso delle acque e all'ambiente). Tuttavia sono simpatiche perché non fanno
fumi, non bruciano combustibili e, alla fin fine, utilizzano l'energia del Sole, che
si incarica di far evaporare l'acqua e di lasciarla, come pioggia o neve, in cima
alle montagne.
Si parla di centrali ad energia rinnovabile. Sarebbe più giusto parlare di
centrali che sfruttano il Sole invece di consumare combustibili esistenti, in
quantità limitate, sul nostro pianeta (*).
Altre centrali di tipo rinnovabile, per ora molto piccole e con qualche
inconveniente, sono quelle eoliche (tipo mulino a vento) o solari (trasformano i
raggi del sole in elettricità).
Come in ogni altra macchina, la possibilità di fare un lavoro di una centrale
idroelettrica, la sua potenza, dipende da un prodotto: qui ancora pressione per
flusso o portata d'acqua.
Tutti sanno che la pressione dell'acqua in un suo punto dipende dalla
profondità del punto rispetto alla superficie superiore dell'acqua. Se perciò io
ottengo, con una diga, un lago in alta montagna e ne collego il fondo con tubi
molto resistenti (le condotte forzate) ad una centrale molto in basso, avrò nella
centrale stessa una grandissima pressione. Se poi l'acqua che scorre nei tubi sarà
tanta, avremo un grande flusso.
Nella realtà, le due cose si possono combinare in modo da avere il massimo
prodotto nelle condizioni naturali possibili. Una centrale con il bacino artificiale
(lago) molto in alto (si dice con un grande salto) può avere anche un flusso
limitato. La stessa potenza posso però ottenerla convogliando tantissima acqua
(un fiume intero o quasi) in una centrale poco sotto il suo bacino (piccolo salto):
1000 x 4 = 4 x 1000!
Delle enormi valvole (rubinetti), poste alla fine delle condotte forzate,
regolano il flusso d'acqua e perciò la potenza istantanea necessaria.
* Milioni di anni ci sono voluti per trasformare in carbone o metano o petrolio i vegetali che crescevano sulla
nostra Terra.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
123
fig. 5 - centrali e turbine idrauliche
2
Le turbine idrauliche
Le turbine idrauliche sono la versione moderna delle pale del mulino.
Per i grandi salti hanno la forma di vere e proprie pale, fatte a cucchiaio. Per
i salti minori hanno la forma di una grandissima elica, come un enorme
motoscafo che funzioni a rovescio.
Nella "via di mezzo" c'è un tipo di turbina che si basa sullo stesso principio
delle girandole per irrigare, o del nostro bidoncino sperimentale. I getti d'acqua
non escono come i raggi, ma obliqui come in figura 5: la pressione nel condotto
(tubo della girandola o barattolo) espelle l'acqua e quest'ultima, espulsa, reagisce.
Morale: il barattolo, la girandola e la turbina girano. L'unica differenza tra la
turbina e gli altri due esempi e che in questa i getti sono dall'esterno verso
l’interno e non viceversa.
124
CLASSE QUINTA
PARTE QUARTA: L'ELETTRICITA'
1
Un po’ di storia
L'elettricità è vecchia come il mondo. Forse il primo fuoco fu dato all'uomo
primitivo da un fulmine. L’uomo di 2000 - 3000 anni fa era convinto che i
fulmini fossero frecce scagliate da Giove o Zeus, padre degli dei, per punire
qualcuno delle sue malefatte e che il tuono fosse il brontolio adirato di questa
divinità.
I Greci (ancora una volta loro) scoprirono che, se si strofina un pezzo
d'ambra (un minerale di origine fossile), questo è in grado di attirare oggetti
leggeri. Il nome che diedero a questo fenomeno fu ricavato dalla parola ambra:
in greco antico l'ambra si chiamava electron.
Però l'elettricità è entrata nella scienza molto tardi. Nel 1700 era a livello di
studio di fenomeni strani (vedi le rane di Galvani).
Franklin, a quel tempo faceva studi sui fulmini ed ideava il primo
parafulmine, con un filo attaccato ad un aquilone. Altri studiavano le cariche
elettriche e le loro proprietà.
A cavallo tra il 1700 ed il 1800 (proprio all'inizio dell'Evo Contemporaneo)
Alessandro Volta inventava la pila, ossia il mezzo di produrre energia elettrica in
quantità tali da permetterne l'utilizzo per un lavoro.
A metà del 1800 Morse inventava il telegrafo e Meucci (in concorrenza con
Bell) il telefono.
Alla fine del 1800, più esattamente nel 1882 a New York e nel 1883 a
Milano e Parigi, nascevano le prime macchine generatrici, ossia macchine che,
mosse dal vapore, trasformavano l’energia meccanica risultante in energia
elettrica per l'illuminazione. Inventore, anche in questo caso, fu Edison (tra
l'altro aveva pure inventato la lampada elettrica), ma il merito di aver lanciato
subito l'uso dell'elettricità in Italia fu Giuseppe Colombo, uno dei due signori in
bronzo sulla facciata del Politecnico.
Nel frattempo in Italia Pacinotti e Galileo Ferraris (assieme al croato Testa)
diedero un fondamentale impulso al motore elettrico.
Il telegrafo senza fili fu scoperto da Marconi alla fine del 1800. La radio
incominciò a trasmettere solo dopo la fine della prima guerra mondiale. La
televisione si è diffusa solo da qualche decennio; era stata inventata in
Inghilterra solo nel 1935 e occorsero venti anni prima che si diffondesse da noi.
Ci sembra oggi molto strano pensare che i vostri trisnonni e forse anche i
vostri bisnonni studiassero a lume di candela, di luce a gas o di lanterne a
petrolio. Ancora qualche anno fa l'illuminazione a gas era in uso in Inghilterra.
Se non ci fosse l'elettricità oggi la nostra vita sarebbe molto diversa: niente
TV; niente cinema; niente tram, filovie, automobili, motori a scoppio; niente
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
125
ascensori, pompe per acquedotti, motori elettrici per le industrie; niente
frigoriferi, lavastoviglie, lavatrici, lucidatrici, aspirapolvere, scaldabagni
elettrici, ecc.
Non possiamo esser certi che la nostra vita sia oggi migliore, anche tenendo
conto delle considerazioni dell'introduzione all'inizio del fascicolo, ma è
evidente che oggi noi viviamo in mezzo all'elettricità e che sarebbe per noi molto
difficile fame a meno. D'altro canto è necessario risparmiare, non sprecare
energia elettrica, come ogni altra forma di energia (carbone, petrolio, benzina,
ecc.). Va tenuto anche presente che, come già accennato, il trasmettere energia
per mezzo dell'elettricità riduce l'inquinamento e permette l'uso di macchine
perfezionate che hanno un minore spreco.
Però dobbiamo conoscere l'elettricità, come è necessario conoscere ogni
cosa con cui si abbia a che fare quotidianamente.
2
Che cos'e l'elettricità
La prima cosa che ha scoperto l'uomo è che esistono in natura piccole
quantità di energia che si chiamano cariche elettriche.
I fulmini non sono che enormi quantità di queste cariche che viaggiano
nell'aria incontro ad altre cariche diverse. Queste cariche appaiono anche per
cause meccaniche come lo strofinio di certi materiali. Ad esempio, una camicia
di tessuto sintetico, strofinata sulla pelle o sulla lana, si elettrizza, ossia si
riempie di cariche elettriche.
Si è scoperto che queste cariche elettriche a volte si attraggono, a volte si
respingono. La bacchetta di ebanite, strofinata con un panno di lana, si ricopre di
cariche elettriche che finiscono per attirare cariche diverse che sono presenti in
un pallino di sambuco. La bacchetta di vetro si carica in modo diverso.
Allora queste cariche sono state classificate in due tipi: uno è stato definito
con il segno più (cariche positive); l'altro col segno meno (cariche negative).
Cariche di tipo eguale si respingono e cariche di tipo diverso si attraggono. Se si
toccano si annullano, trasformandosi in altre forme di energia.
Queste cariche si possono moltiplicare con difficili artifizi, fino ad averne
grossi quantitativi, come avviene nelle nubi. Ad un certo momento l'attrazione e
tale che le cariche "meno" corrono incontro alle cariche "più", trasformando così
la propria energia elettrica in altre forme di energia (esempio del generatore di
Wimhurst).
Ma l'elettricità non è solo il fenomeno di scariche nell'aria per troppa
attrazione tra cariche e nemmeno quello del pezzetto di carta attratto dalla
plastica della penna a sfera strofinata sul golf. Per capire qualche altra cosa
sull'elettricità, bisogna ricordarsi di quanto già detto circa l'atomo, i metalli, i
metalloidi e le famose torte con i bambini attorno a fare il giro tondo. Nell'atomo
ci sono cariche positive nel nucleo e cariche negative, che sono gli elettroni (i
bambini della storiella).
126
CLASSE QUINTA
Supponiamo di concentrare in un punto delle cariche positive libere (non
legate in un atomo o in una molecola) ed in un altro delle cariche negative
altrettanto libere. Colleghiamo i due punti con un filo di rame. Il rame è un
metallo, cioè il suo atomo ha (dopo svariati girotondi completi) un giro finale
con dei bambini solitari che si annoiano.
fig. 6 - cariche elettriche
Questi subiranno l’attrazione delle cariche positive (abbiamo fatto l'esempio
di un bancone pieno di torte) e la repulsione di quelle negative (ad esempio altri
bambini che vogliono entrare) e correranno verso le cariche positive libere per
annullarle (le torte per mangiarle). I loro posti nell'atomo di rame saranno presi
dalle cariche negative libere che abbiamo messo nell'altro punto. Il fenomeno
può continuare finché io sono in grado di fabbricare cariche positive e negative
libere. Questo è quello che fa la pila.
Se interrompo il rame creo uno spazio che gli elettroni faticano a superare, a
meno che l'attrazione sia tantissima (tipo fulmine o scintilla della candela
dell'automobile).
Se interpongo (metto in mezzo) dell'altro materiale non metallico, per
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
127
esempio un metalloide con il girotondo esterno quasi completo che cattura
bambini / elettroni di passaggio, è chiaro che questo materiale fa da isolante e
blocca (attenzione !) non l’attrazione, ma il passaggio degli elettroni.
E' venuto il momento di dare un nome a questa attrazione di elettroni e a
questo movimento di elettroni. Per l'attrazione si usa un nome di significato
simile: la TENSIONE. La si misura in volt (V). La corsa degli elettroni, cioè
la quantità di elettricità che passa in un filo in un certo tempo la chiamo
CORRENTE ELETTRICA e la misuro in ampere (A). Questa unità di
misura sono di uso comune e occorre conoscerle.
Per fare un paragone con l'acqua, pensiamo a due tubi, pieni d'acqua a livelli
differenti, collegati sul fondo. La pressione che dipende dalla differenza di
livello, spinge l'acqua; la spinta c’è comunque anche se io ho messo un rubinetto
nel tubo di collegamento ed è chiuso. Se apro il collegamento ho una corrente
(flusso) d'acqua. Se io mantengo il dislivello, l’acqua continua a circolare. In
elettricità è evidente che la tensione che tira è analoga alla pressione; la corrente
elettrica è come la corrente o flusso d'acqua. La pila, finché si scarica, mantiene
la tensione come si faceva col dislivello.
3
La pila
La pila di Volta, ma in generale tutte le pile, si basano sulla trasformazione
di energia chimica in energia elettrica. Nella pila di Volta c'è una serie di
dischetti alternati di rame e zinco impilati. Tra ogni coppia di dischetti è
interposto uno strato di stoffa impregnato di acqua acidula. Avviene una reazione
chimica e si manifesta una tensione. La tensione è piccola, ma l'effetto delle
coppie di dischetti, messe una attaccata dopo l'altra (in serie), si somma.
Molto simile è la nostra pila di Daniell in cui ci sono due serbatoi pieni di
acido solforico diluito; in ciascuno sono immerse due lamine, una di rame ed una
di zinco. Lo zinco si corrode (e si può sentire il rumore) e la lampadina si
accende.
Le pile comuni sono sempre con una pasta acida che reagisce con gli
elementi metallici (è uno dei motivi per cui bisogna riporre in appositi
contenitori le pile usate). C’è un + ed un -. E' evidente che indicano il "polo"
positivo, in cui si formano le cariche +, ed il "polo" negativo, in cui si formano
quelle -. Ogni pila ha una sua tensione caratteristica. Sono indicati i V, ma, a
scanso di equivoci, a ciascuna tensione corrisponde una forma diversa: piatta,
rettangolare, con lamelle per 4,5 V; cilindrica, con bottone per il + e fondo
metallico per il -, per 1,5 V; rettangolare stretta, con pulsanti per uscita, per 9 V.
Gli accumulatori hanno l'importante caratteristica: una volta scaricati,
possono rovesciare la reazione chimica, assorbendo energia elettrica, e
ricaricarsi. Gli accumulatori più comuni sono costituiti da una cella piena di
acido solforico diluito, con lastre in piombo. Una cella dà 2 V; siccome in genere
ce ne vogliono di più, le varie celle sono attaccate assieme in una batteria, con il
polo più dell'una attaccato al polo meno dell'altra, sino ad ottenere la tensione
128
CLASSE QUINTA
voluta.
4
Il circuito, la lampadina, il motore.
La pila ha il + ed il-. Perché gli elettroni possano muoversi e girare occorre
un filo o un insieme di parti metalliche che colleghi il + col -. E' questo il
circuito elettrico.
Nel circuito metto sempre un organo di interruzione, un po' come il
rubinetto tra i due tubi. Questo interruttore separa le parti metalliche del circuito
ed impedisce agli elettroni di circolare: essi per saltare nell'aria (a parte una
scintillina iniziale) hanno bisogno di una tensione molto grande, che la pila non
può dare.
In un circuito corretto, l’energia emessa dalla pila viene utilizzata, una
piccolissima parte per scaldare i fili, ma, per la maggior parte in una lampadina,
che fa il lavoro di trasformarla in luce e calore, o in un motore, che fa un lavoro
meccanico.
Se, nel nostro esempio dei bambini che corrono verso le torte, io metto in
mezzo una strettoia, i bambini si accalcano, diventano sudati, protestano e
corrono meno. Questo è quello che succede in una lampadina: il diventare sudati
ed il protestare, per gli elettroni, è emettere luce e calore.
La lampadina ha, infatti, un filamento molto piccolo, tenuto sotto vuoto in
un bulbo di vetro, in cui gli elettroni faticano a passare, che diventa
incandescente illuminando e, purtroppo, riscaldando. Ci sono delle lampadine
moderne in cui avviene una scarica in un gas. Queste scaldano molto meno e, di
conseguenza, sprecano meno energia. La lampadina ha un circuito i cui capi
sono la vite metallica ed un bottone metallico al centro della vite. Quando si va a
comprarne una, bisogna tener presente che: ci sono tre tipi di vite; occorre
precisare la tensione (V); bisogna precisare la potenza (W), ossia quanta luce
(lavoro) vogliamo che faccia.
Se io invece metto in mezzo alla corsa dei bambini dei girelli della
metropolitana, i bambini un po' si scaldano, rallentano, ma, cosa molto
importante, muovono i girelli, facendo il lavoro di timbrare i biglietti.
5
Il magnetismo
Osserviamo ora i fenomeni magnetici. Pezzi di ferro si attraggono quando
sono magnetizzati. Alcuni tipi di leghe di ferro, se magnetizzate, lo rimangono a
lungo. Un esempio: la calamita.
Se prendiamo però due calamite, vediamo che le stesse, in una certa
posizione, si attraggono e, in quella opposta, si respingono.
Gli estremi di una calamita sono perciò magnetizzati in modo diverso.
Chiamiamo, poi si vedrà perché, un tipo di estremo (polo) NORD; l’altro
estremo (polo) SUD. Vediamo che il Nord attrae il Sud e che, invece, poli uguali
si respingono.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
129
E' un po' quello che succede per le cariche elettriche + e -, solo che queste
ultime esistono da sole, isolate. Invece il N ed il S di un pezzo di metallo
magnetizzato sono sempre assieme, ai due estremi opposti del pezzo. Se lo taglio
a metà, ciascuna delle sue parti avrà un N e un S. E così via, anche se lo riduco
in polvere.
fig. 7 - magnetismo ed elettromagnetismo
Mettiamo un pezzetto di ferro comune, non calamitato, davanti ad una
calamita. Il pezzo di ferro viene attratto. In effetti tra i poli N e S della calamita
passa un flusso magnetico (tipo corrente) che preferisce passare nel ferro
piuttosto che nell'aria. Il ferro si trasforma, sotto l'effetto di quel flusso in
calamita provvisoria, con il N di fronte al S della calamita e viceversa;
naturalmente calamita e ferro si attraggono.
Vediamo ora questo flusso. In un vassoio pieno di limatura di ferro, sotto il
quale metto una calamita, vedo come dei pelini che partono dal N e dal S della
calamita. Che succede? I granelli della limatura si trasformano in piccolissime
calamite provvisorie e tendono a formare un ponte tra N e S. In mezzo non ce la
fanno, per via del peso, ma rimangono gli inizi e la fine dei ponti.
Il mondo è una calamita (sotto di noi c’è tanto ferro) con un polo Nord ed
un polo Sud. Il flusso va da un polo all'altro lungo i meridiani. Se abbiamo una
piccola calamita, in grado di ruotare in piano, il suo polo S di dirigerà verso il
Nord e viceversa. E' questa la bussola. La bussola deve stare in piano e non deve
avere vicino pezzi di ferro (peggio se calamitati) che ne devierebbero
l'indicazione.
130
6
CLASSE QUINTA
I fenomeni elettromagnetici
Osserviamo ora un fenomeno interessante: attorno ad una bussola è stata
posta una bobina verticale costituita da alcuni giri (spire) di filo elettrico. Per
mezzo di una pila facciamo passare della corrente nelle spire.
Vediamo che l'ago della bussola si sposta per mettersi perpendicolare alle
spire stesse. Scambiando il + col -, la corrente cambia senso e la direzione
dell'ago della bussola si inverte.
Che cosa è successo? E' successo che abbiamo creato una calamita nell'aria,
più forte della calamita Terra. Questa calamita è come un tubo che passa tra le
spire. La posizione del N e del S dipende dal senso della corrente che passa nelle
spire.
Abbiamo trovato l'elettrocalamita.
Logicamente, se metto un pezzo di ferro dentro le spire, il flusso magnetico
scorre più facilmente. Dato che esso ama il ferro, se il ferro è fatto ad U, il flusso
seguirà la forma del ferro.
Un'elettrocalamita è tale se vi è corrente; non appena la interrompo cessa
l'effetto.
L'elettrocalamita ci fa comprendere un poco da cosa nasca il magnetismo,
Le molecole di ferro sono fatte in modo che la maggior parte degli elettroni
girino in tondo nello stesso senso. Nel ferro però le molecole sono orientate alla
rinfusa e non si ha effetto magnetizzante. Ma le molecole (ricordate ?) hanno un
certo spazio tra di loro. Quando passa un flusso magnetico si girano e si
orientano tutte dalla stessa parte. Al cessare del magnetismo ritorna la
confusione. Ma se il metallo è una lega di ferro (acciaio) le molecole una volta
orientate (e si fa più fatica ad orientarle) rimangono nella stessa posizione dopo
che il flusso esterno viene tolto. Ma il loro magnetismo rimane. Ecco fatta una
calamita.
Comunque è chiaro che c'è amicizia tra fenomeni elettrici e fenomeni
magnetici.
7
Il generatore a corrente alternata e qualcosa di più sul motore
Proviamo ora a far girare attorno ad un suo diametro una bobina (con delle
spire), tra due poli di una calamita. In questo modo la parte del flusso magnetico
che passa dentro alla bobina continua a cambiare a seconda della posizione della
bobina.
Girando adagio la manovella, vediamo che la lampadina in alto, che si
accende quando gli elettroni l'attraversano in un senso o nell'altro; si illumina ad
intermittenza. Due altre lampadine sono collegate a degli aggeggi (raddrizzatori)
che permettono alla corrente di passare in una sola direzione (o avanti o
indietro), come dei vigili che fanno passare gli elettroni in un senso unico: queste
si accendono la metà delle volte. Girando però svelto, non si nota più una
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
131
differenza tra il modo di far luce di queste lampadine con questa macchina o con
la pila.
Noto quindi uno strano fenomeno: gli elettroni vanno avanti e indietro lungo
le spire con un moto tipo pendolo (*).
fig. 8 - generatori e motori
Il + ed il - continuano a scambiarsi di posto. Questa corrente, provocata da
questa tensione che cambia continuamente segno si chiama "alternata". La nostra
macchinetta, che trasforma l'energia muscolare di chi gira la manovella in
energia meccanica e poi in energia elettrica, si chiama generatore a corrente
alternata. E’ quella macchina che troviamo nelle centrali elettriche e anche nelle
biciclette (il nome "dinamo" non è esatto).
La corrente alternata va altrettanto bene della continua per trasmettere
energia, anzi meglio: per prima cosa una macchina che genera corrente (e
tensione) alternata è molto semplice e può essere costruita anche di grandissime
dimensioni; anche se i bambini - elettroni continuano ad andare avanti ed
indietro, il filo della lampadina si scalda lo stesso e, con una modifica ai girelli
*
Come se volessero creare un'elettrocalamita che compensi questi cambi di flusso
magnetico.
132
CLASSE QUINTA
della metropolitana (tipo porte dei grandi alberghi), il mio motore gira lo stesso.
Parlando seriamente, se metto energia del tipo alternato in una bobina tra
calamite, la bobina gira da sola. In effetti molte macchine elettriche sono
reversibili. Vuol dire, ad esempio, che una macchina funziona sia assorbendo
energia elettrica e trasformandola in meccanica, che vice versa.
Se, per esperimento, facciamo il giochetto di cambiare continuamente il +
col - sui capi delle spire con bussola di prima, vediamo che l'ago impazzisce e
tende a mettersi a girare in tondo.
Ci sono molti tipi di motori a corrente alternata. Alcuni assomigliano
proprio ai generatori, altri sono un po' diversi. C’è tempo per conoscerli, ma il
principio base del loro funzionamento è quello del nostro piccolo generatore.
La corrente continua però ha un ampio uso: non ci sono solo i circuiti
ausiliari delle automobili, le radioline, gli orologi, le sveglie e le lampadine
portatili. Abbiamo anche grosse macchine in cui si nota il + ed il - ai morsetti: ad
esempio la filovia (avete mai guardato dietro?), il tram, la metropolitana e,
almeno in Italia oggi, i treni. Chiaro che non si può far andare un treno a pila. Per
generare corrente continua molte volte si possono usare i raddrizzatori, ossia
quella specie di vigili, che abbiamo visto, che fanno passare la corrente in un
solo senso. Si è scoperto, però anche, che è possibile fare sia motori che
generatori a corrente continua usando un trucco, che abbiamo simulato, per cui il
motore o il generatore (in questo caso è giusto il nome dinamo) funzionano, nella
parte che ruota, come in corrente alternata, ma un sistema di contatti a lamella
permettono di collegare il tutto ad un circuito a corrente continua.
Come detto, nelle automobili, negli apparecchi portatili non a spina, nei
mezzi su rotaia (la rotaia e uno dei due fili, il -), nelle filovie uso corrente
continua a tensioni che vanno da 1,5 V a 3000 V.
Le prese di corrente nelle nostre case funzionano a tensione alternata a 220
V (tra breve a 230 V). La tensione alternata non domestica (non nelle case)
cambia secondo le necessita, sino a raggiungere i 1.000.000 V.
8
Le applicazioni dell'elettrocalamita
Abbiamo conosciuto l'elettrocalamita. Guardando i motorini che abbiamo in
giro ci accorgiamo che in moltissimi casi le calamite sono sostituite da
un'elettrocalamita.
Anche se oggi sono stati inventati altri marchingegni di tipo elettronico,
molti apparecchi funzionano con elettrocalamite. Ne vedremo alcuni.
Innanzitutto vediamo un relè di questo tipo: con una corrente anche debole (il
segnale) riesco a far chiudere un contatto di un altro circuito, che può essere a
tensione maggiore e con una corrente più importante.
Ci sono poi molte altre applicazioni con elettrocalamite in corrente continua
od alternata. Può funzionare un'elettrocalamita a corrente alternata? La nostra
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
133
grossa elettrocalamita ce ne da una dimostrazione. Dato che nella corrente
alternata il + passa al – e viceversa 50 volte al secondo, anche l'elettrocalamita
cambierà il N col S altrettante volte. Lo si sente dal ronzio che fa
l'elettrocalamita. Ma l'attrazione c'è lo stesso.
Con un marchingegno che poi vedremo, abbiamo applicato tensioni
crescenti e poi calanti alle bobine dell'elettrocalamita. E' chiaro che più è elevata
la tensione (cioè, ricordiamo, 1'attrazione sugli elettroni), più ho corrente (gli
elettroni corrono di più) e più intensa è anche l'attrazione magnetica sul pezzo di
ferro. E' stato interessante notare poi che, se io faccio ballare un pezzo di ferro
davanti ad una elettrocalamita, la corrente varia con la posizione del ferro stesso.
Questa proprietà ci sarà utile per capire bene il funzionamento del telefono.
Un'applicazione dell'elettrocalamita sono i campanelli: una elettrocalamita
muove il batacchio che batte sulla campana; ma il batacchio funziona anche da
interruttore e, muovendosi, interrompe il circuito. L'elettrocalamita non ha più
effetto ed il batacchio è tirato da una molla nella sua posizione originale; in
questa posizione però richiude il circuito e tutto ricomincia da capo.
9
Dal telefono al calcolatore
Arriviamo al telefono. Quello moderno è un po' differente, ma il principio di
funzionamento è fondamentalmente lo stesso: pastiglie e cristalli hanno la stessa
funzione dell'elettrocalamita.
C'è un circuito, alimentato a corrente continua, con un microfono ed un
auricolare. Questi due apparecchi sono costituiti ciascuno da un'elettrocalamita,
davanti alla quale è posta una lamina di ferro. Se parlo nel microfono faccio
vibrare la lamina. La corrente nell'elettrocalamita, come abbiamo visto cambia
come le vibrazioni della voce. Ma la corrente passa anche nell'auricolare e attrae
in modo variabile la lamina di quest'ultimo; l'attrazione segue la corrente, che
segue la voce di chi parla; in definitiva la lamina dell'auricolare vibra come la
voce di chi trasmette.
La cosa è comprensibile se si ricorda che la voce produce onde, che si
propagano e che fanno vibrare una membrana, come quella del timpano
dell'orecchio. Il fonografo di Edison e il grammofono oggi non fanno che
graffiare (o tracciare col laser oggi) le vibrazioni su un disco o rullo, per poi
ripetere le stesse vibrazioni alla lettura. Il registratore magnetico trasforma le
vibrazioni del suono in magnetizzazioni di un nastro, ma è la stessa cosa.
Guardando il nostro radiotelefono, vediamo che anche in questo caso abbiamo
un'elettrocalamita. Funziona come il telefono, salvo che le onde elettriche nel
filo sono trasformate in onde elettromagnetiche (la base della trasmissione per
radio o televisione) e mandate tutte intorno.
L'antenna le riceve e l'apparecchio le amplifica ritrasformandole in onde di
corrente che, con l'elettrocalamita fanno vibrare I'altoparlante.
La faccenda dell'amplificare è interessante, perché ha dato nuovo impulso al
134
CLASSE QUINTA
telefono. Quello originario, che abbiamo descritto, non andava molto lontano:
una linea (fili elettrici) lunga resisteva al passaggio della corrente, rendendola
troppo debole. Allora sono nati gli amplificatori: sono apparecchi che sentono un
segnale debole e lo riproducono più forte.
fig. 9 - campanelli, telefoni e telegrafi
Quando non c’erano amplificatori, il telegrafo offriva la possibilità di
messaggi scritti in un codice che riduceva pericoli di cattiva comprensione:
l'alfabeto morse. Il telegrafo originale, di cui vediamo un modello, era con fili: il
pulsante era l'interruttore di un circuito ed un'elettrocalamita attirava una matita,
che premeva su un nastro di carta che scorreva.
Poi Marconi inventò il telegrafo senza fili: i fili erano sostituiti da onde
radio (elettromagnetiche), che finivano sulla solita antenna e trasformate in un
impulso di corrente in grado di muovere un pennino od una matita.
Il telegrafista era certo molto abile nel suo lavoro. Per avere una maggiore
sicurezza e semplicità di trasmissione è stato inventato, abbastanza di recente, la
telescrivente, chiamata comunemente telex. E' costituita da una macchina da
scrivere che può essere collegata elettricamente ad un'altra macchina da scrivere.
Se schiaccio una lettera, parte un messaggio elettrico che fa muovere
automaticamente il corrispondente tasto dell'altra macchina. I segnali sono di un
tipo nuovo, a prova di errore. Usano un codice basato su un sistema di numeri
speciali, che poi sono divenuti la base di tutti i calcoli elettronici, ossia anche del
calcolatore.
135
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
Immaginatevi il mio solito amico mago, che, un giorno di rabbia faccia
scomparire tutti i numeri tranne le cifre 1 e 0. Queste cifre sono belle in
elettricità, perchè corrispondono ad "acceso" e "spento".
Che si fa allora? Si scrivono i numeri in un sistema non più decimale, ma
binario, usando le "duine" (parola inventata) al posto delle "decine". Ho:
0 = 00
1 = 01
2 = 10
3 =11
6 = 110
7=111
8 = 1000
9 = 1001
4= 100
5 = 101
eccetera.
Si potrebbe andare avanti all'infinito. Ci si accontenta di trasformare le
singole cifre decimali in gruppi di cifre binarie, con qualche altra cifra binaria
per far capire se sono lettere o numeri e per controllare errori.
Oggi c'à anche la telecopiatrice, detta anche telefax o fax: un raggio di luce
esplora un foglio e tutte le volte che vede nero manda un segnale ad un altro
apparecchio a distanza (collegato per telefono), che si affretta a scrivere su un
foglio. Ecco che i nostri sghiribizzi possono andare fino in Cina con la velocità
della luce.
10 La potenza, il contatore ed il trasformatore
Abbiamo accennato che occorre stare attenti ai watt (W) quando si compra
una lampadina, per sapere quale lavoro vogliamo che faccia.
Parliamo di potenza: la pila o il generatore danno energia elettrica e la
lampadina o il motore la trasformano in altre forme di energia. La possibilità di
fare il lavoro di trasformazione sopra detto è la potenza.
Nelle altre macchine la potenza dipendeva dal prodotto pressione (acqua o
vapore) per flusso. In elettricità è molto semplice: alla pressione che comprime
sostituisco la tensione che tira; al flusso (o portata o corrente d'acqua o vapore)
sostituisco la corrente elettrica. I watt (W) dipendono dal prodotto volt (V) per
ampere (A).
All'ENEL o all'AEM interessa anche sapere quanta energia abbiamo
trasformato nel nostro appartamento per farci pagare la bolletta della luce. La
misura dell'energia elettrica che entra in casa nostra la fa il contatore. L'unità di
misura in uso e molto semplice: il wattora (Wh) o, meglio, il suo multiplo che è
il chilowattora (kWh). Un apparecchio da 100 W (una lampadina) che sta accesa
per due ore trasforma (si dice di solito consuma, ma non sarebbe giusto) 0,2
kWh.
Uno scaldabagno od una stufetta da 1 kW, che sta accesa 3 h, consuma 3
kWh. Un televisore (!) da 500 W che sta acceso 4 h (per veder magari delle
sciocchezze) consuma 2 kWh. Facciamo un po' d'attenzione a queste cose!
Per portare a spasso tanta corrente occorre un filo grosso (come un tubo
grosso per portare tanta acqua). Con una tensione elevata posso farmi più male e
devo avere tanto isolamento (come un tubo ad alta pressione d'acqua che deve
essere più spesso). Siccome i W dipendono dai V x A, io posso portare la stessa
136
CLASSE QUINTA
potenza con una piccola tensione ed una grande corrente o con una grande
tensione ed una piccola corrente.
Per fare andare bene un generatore di una grande centrale, mi vanno bene
circa 15.000 V. Nelle grandi linee che attraversano la campagna, mi vanno bene
(la potenza da trasportare è grande e non posso fare fili troppo grossi) 400.000 V
o anche 1.000.000 V. Arrivati vicino alla città, le linee si diramano e non mi
servono tensioni tanto grandi: vanno bene 130.000 V. In città, i cavi per le strade
conviene siano a tensioni meno pericolose, 20.000 V. Nelle nostre case la
potenza è molto più piccola ed il pericolo grande: si passa a 220 V.
Secondo i casi è la potenza da trasportare mi serve una tensione diversa. In
corrente alternata la cosa è possibile col trasformatore, di cui vediamo dei
modelli.
E' una elettrocalamita chiusa dal ferro da tutte le parti, in cui si mette
un'altra bobina. Le due bobine sono amiche (è una faccenda quasi di magia) in
modo che l'energia passi da una bobina all'altra quasi per intero. La tensione
della seconda bobina è in genere diversa da quella della prima. Nel nostro
modello lo vediamo perchè una bobina ha molte spire sottili e l'altra meno spire
grosse. Le tante spire corrispondono alla tensione maggiore (e logicamente alla
corrente minore); le poche spire alla tensione minore (e alla corrente maggiore).
I W (V x A) sono gli stessi, ma le tensioni sono diverse, proporzionali al
rapporto tra le spire. Noi, in aula, pensiamo che anche i 220 V siano troppi: il
nostro apparecchietto li riduce come vogliamo per mezzo di un trasformatore
(anche 12 V). Lo stesso accade col trasformatorino del trenino o delle
automobiline, perché con 220 V non si può scherzare.
11 Non dare mai del tu all'elettricità
Abbiamo detto che un circuito è fatto di parti metalliche, in cui gli elettroni
possono girare. L'acqua non distillata (quella comune) è però un altro "mezzo" in
cui l'elettricità può viaggiare. Noi siamo fatti, lo sappiamo, in gran parte d'acqua
o di liquidi analoghi. Morale: l'elettricità può viaggiare dentro di noi. Siccome
poi molte funzioni vitali hanno a che fare con l'elettricità (si pensi agli impulsi
che i nervi danno ai muscoli) questa elettricità che passasse nel nostro corpo,
oltre che bruciare, provocherebbe grossissimi danni, spesso mortali.
Perciò bisogna guardare all'elettricità con simpatia, ma mai con eccessiva
confidenza. Potremmo metterci in condizione di funzionare col nostro corpo
come parte di un circuito elettrico e ... ciao.
Il pericolo è dovuto al fatto che i due fili della presa a 220 V non possono
essere indipendenti dal terreno tutt'attorno. In condizioni strane potrebbero
trovarsi ad una tensione molto grande rispetto all'umidità del terreno e non essere
sufficientemente isolate.
Perciò uno dei due fili nella presa (e non è immediato sapere quale) è
collegato al terreno, ai tubi dell'acqua ed al calorifero; si dice che è a terra.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
137
Attenzione, perciò, al pericolo di toccare la vite metallica od il bulbo
bagnato di una lampadina male avvitata. Sembra spenta ed innocua, ma il
circuito potrebbe richiudersi attraverso noi. Di conseguenza non bisogna toccare
lampadine senza aver interrotto il collegamento elettrico, togliendo la spina,
quando esista, o aver agito sull'interruttore generale (non quello della lampada)
che si trova nel punto in cui i fili elettrici arrivano nell'appartamento.
E' molto pericoloso usare elettrodomestici collegati a prese di corrente
essendo bagnati o vicino all'acqua. Mai dirigere getti d'acqua o di qualsiasi altro
liquido su oggetti in cui ci sia elettricità. Non toccare mai parti in metallo di
apparecchi elettrici, a meno che non si sia sicuri che non si tratti di parte
collegata al circuito elettrico e che ci sia la "terra".
fig. 10 - come mandare arrosto il povero Pierino ed altri guai
L'ultima affermazione mette in gioco il terzo capo della nostra presa di
corrente: nelle prese a tre buchi è quello in mezzo, in altre è una molletta sul
bordo. La spina di un apparecchio con la terra ha pure tre punti di contatto: due
sono i soliti, il terzo è collegato a tutte le parti metalliche che non fanno parte del
circuito elettrico. Se un punto del circuito elettrico, per un guasto, tocca parti
metalliche che non dovrebbe, la corrente passa da questo filo di terra facendo
scattare l'interruttore subito. Anche se le due cose (guasto e Pierino che tocca)
avvenissero assieme, è chiaro che un filo di rame è una via più bella per gli
elettroni che non il nostro corpo: saremmo comunque salvi.
Comunque fili con l'isolamento danneggiato sono pericolosi, non solo per il
pericolo di toccare la parte metallica, ma anche perché i due fili del circuito (o
138
CLASSE QUINTA
uno con quello di terra) possono venire a contatto. La corrente allora non passa
più dalla lampadina o dal motore, che assorbono energia e limitano la corrente;
torna invece direttamente indietro in un circuito accorciato (si dice infatti cortocircuito) senza più freni. Diventa molto grande, scalda i fili e provoca bruciature
o, peggio, incendi. Per le pile non si arriva a questi estremi: si scarica la pila.
Con le batterie di accumulatori è peggio. Con tensioni più grandi è grave.
Per evitare questo esiste l'obbligo di installare apparecchi di protezione: in
alcuni casi si usano dei fili di piombo (i fusibili) che fondono se scaldati da una
corrente maggiore del normale. Per la corrente alternata nelle nostre case occorre
avere all'ingresso del circuito elettrico nelle stesse un relè, cioè un apparecchio
che sente la corrente sbagliata e agisce su un interruttore che apre tutti e due i
fili. Oggi sono prescritti i "salvavita", cioè dei relè che si accorgono
istantaneamente se la corrente è troppa o prende delle strade diverse da quelle
giuste.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
139
PARTE QUINTA: TORNIAMO DA ARCHIMEDE
1
Il peso specifico
Abbiamo una strana scatola che misura 10 cm (1 dm) su ogni spigolo. E' un
decimetro cubo (dm3).
E' una misura di volume e ci accorgiamo subito che le misure di volume e di
capacità sono collegate. In genere preferisco il litro per i liquidi ed il dm3 per i
solidi. Tuttavia 1l=1 dm3.
Adesso prendiamo un dm3 di acqua (sarebbe più giusto acqua distillata) e lo
pesiamo: abbiamo 1 kg.
Prendiamo ora altre sostanze: otteniamo per ciascuna di esse un diverso
peso del dm3. Noi ci siamo esercitati con l'olio e la segatura (che è legno più
aria). Se tagliassimo dei dm3 di altre sostanze potremmo fare una tabella con i
seguenti pesi (prendiamo dei valori approssimati per non complicarci la vita):
Sostanza
legno
olio
acqua
alluminio
Peso approssimato di un dm3
(kg)
da 0,3 a 1
0,9
1
2,5
ferro
8
argento
10
piombo
11
mercurio
13
oro
19
platino
21
iridio
22,5
Questi pesi sono caratteristici di ogni sostanza e, dato che per l'acqua ho il
numero 1, permettono di sapere subito quante volte più dell'acqua pesa una
determinata sostanza: posso benissimo dire che un oggetto in ferro pesa otto
volte tanto un oggetto di ugual volume in acqua. Posso anche dire che un oggetto
in platino pesa più del doppio di un uguale oggetto in ferro e più di otto volte di
uno in alluminio.
Questi pesi caratteristici sono importanti, tanto che a loro è stato dato un
140
CLASSE QUINTA
nome: pesi specifici.
2
L'acqua per galleggiare
Prendiamo ora una vasca piena d'acqua ed un barattolo graduato.
Il barattolo vuoto galleggia immerso per pochissimo. Mettiamo dei pesi nel
barattolo; pesiamo questi pesi e osserviamo di quanta si immerge. Scopriamo che
il volume della parte immersa del barattolo è quello che, riempito d'acqua pesa
come i pesi che ho usato per farlo immergere fino a quel punto. Se avessimo
usato olio (immaginate la schifezza) avrei avuto un affondamento diverso, ma
sempre lo stesso peso per gli oggetti immersi ed il peso del liquido che sarebbe
stato nel buco fatto dal barattolo.
Si può dire, come aveva gridato Archimede con il suo "eureka, eureka" (ho
trovato, ho trovato) che un corpo immerso nell'acqua od in un liquido, riceve una
spinta in su uguale al peso del liquido spostato (quello che non c'è dove c'è lui).
Un peso immerso nell'acqua abbiamo visto che, anche se non galleggia, pesa
meno: la differenza è la spinta dell'acqua. L'acqua di mare ha un peso specifico
maggiore dell'acqua dolce e sostiene di più, ecc. Nelle navi ci sono dei segni che
permettono di capire quanto la nave sia carica di merce da come affonda.
Prendiamo ora diversi barattoli uguali: uno è vuoto, uno è pieno di segatura,
uno d'olio, uno d'acqua e uno di limatura di ferro.
Immergendone uno in un barattolo graduato e annotando la variazione di
volume totale, ne ricavo il volume. Con calcoli quasi facili ottengo i pesi
specifici dei barattoli completi (barattolo + tappo + aria contenuta + materia
contenuta).
Infatti so che, se il volume è un terzo di litro, in un litro (o dm3) ci stanno tre
barattoli, ossia basta moltiplicare il peso di ciascun barattolo per tre per avere il
peso di un dm3, ossia il peso specifico.
A questo punto mettiamo i barattoli in una vasca d'acqua. La limatura di
ferro affonda. Gli altri galleggiano in modo da spostare solo l'acqua necessaria
per tenerli su; perciò affondano tanto quanto è il loro peso specifico. Se questo
fosse 0,25, basta un quarto di barattolo immerso per spostare acqua sufficiente
(peso acqua spostata uguale spinta) a tenerlo su. Infatti quell'ipotetico barattolo
peserebbe un quarto dell'acqua (0,25 appunto).
Noi abbiamo un peso specifico poco minore di uno. Perciò nell'acqua dolce,
facendo il morto, galleggiamo solo se ci riempiamo bene i polmoni d'aria
(diminuisce il peso specifico). Nel mare occorre spostare meno acqua (pesa di
più) ed è più facile.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
141
fig. 11 - i giochetti di Archimede
3
Il diavoletto di Cartesio e altri giochi
Abbiamo fatto nel tempo vari giochetti con l'acqua che servono a capire le
varie regoline, che abbiamo visto.
Un signore abbastanza serio, Réné Descartes, che si faceva chiamare
Cartesius (Cartesio per noi) inventò un giochetto, che è un pò un ripasso dei
fenomeni appena visti.
La "magia" è questa: ho un recipiente pieno d'acqua chiuso da una
membrana; nel recipiente c’è un diavoletto di vetro; il "mago" appoggia le sue
dita alla membrana ed il diavoletto si muove nel recipiente.
Il trucco è nel fatto che il diavoletto ha un buchino, da cui può entrare
l'acqua. L'acqua non entra perché c’è dentro aria; il peso del diavoletto è vetro +
aria ed il suo peso specifico è minore di 1; risultato: galleggia. Se premo sulla
membrana con le dita, la pressione dell'acqua comprime l'aria nel diavoletto ed
entra acqua; il peso del diavoletto diviene vetro + aria + acqua ed il peso
specifico è ora maggiore di 1: il diavoletto affonda. Bello? Capito?
142
CLASSE QUINTA
PARTE SESTA: I FENOMENI DEL CIELO
1
Guardiamo un po’ per aria
Noi abbiamo preso la cattiva abitudine di non guardare più con attenzione
all'evolversi delle stagioni, al moto del Sole, delle stelle e della luna. Viviamo il
più del tempo, al coperto, riscaldati, refrigerati, ecc. Non viviamo nella
campagna e per la campagna, ove la scelta del tempo buono per la semina o un
trapianto è essenziale. Anche se navighiamo, abbiamo bussole, barometri,
calcolatori e, spesso, motori invece di vele, almeno nei lunghi viaggi.
Invece noi potremmo conoscere più cose del cielo e della Terra dei nostri
progenitori, che, in mancanza d'altro, si affidavano ad usi e leggende legate al
cielo.
Nel 1969 l'uomo ha messo piede sulla Luna. E' stato un fatto assai
importante. Ha segnato però anche la fine di qualche sogno e di qualche poesia.
L'essere umano ha bisogno di sogni e poesie; voi ora non lo sapete, ma un giorno
ve ne renderete conto. Quando ero piccolo, c’era una casa, posta su un ripido
pendio, in riva ad un lago. La casa aveva delle serre (limoniere nel caso) ed in
fondo ad esse c’era una scala che saliva dritta, dritta per sette lunghissime rampe.
Lo vedevo dal fondo la lunga scala e pensavo che portasse in cielo.
Un giorno ho scoperto che, aprendo la porta in cima si arrivava ad un
sentiero, ben noto, che girava intorno alla casa. Che delusione!
Tuttavia, bisogna conoscere quanto c’è nel cielo e guardare anche in alto per
conoscere il mondo che ci circonda. Con un certo rispetto per quanta di magico
ci vedevano gli antichi e con un pizzico di fantasia.
2
Mettiamoci su un satellite e guardiamo la palla su cui viviamo
Noi siamo su una palla. E' difficile crederlo, perchè a noi il pavimento
risulta proprio piatto. Eppure se salgo su un monte e guardo il mare aperto, vedo
spuntare le vette di monti di isole lontane e vedo spuntare navi come se salissero
dietro l'orizzonte. E l'orizzonte si trova quasi all'altezza dei miei occhi, ma un po'
sotto.
Conclusione: la Terra è tonda, ma tanto grande rispetto a noi da poter
pensare come piano quel pezzo piccolissimo di sfera terrestre in cui viviamo,
costruiamo case e ci muoviamo normalmente (aeroplani esclusi).
Per viaggiare occorrono carte. Le carte sono piane e, perciò, vanno bene
così come sono per spazi limitati. Per piante di città, mappe per passeggiare o
muoversi a piedi, la differenza tra piano e superficie della Terra è trascurabile.
Per viaggi più lunghi occorrerebbe muoversi con dei mappamondi grandissimi o
con dei pezzi di mappamondo. La cosa è un po' difficile. Allora si devono
deformare le carte, nel modo più intelligente possibile, per permettere di
orientarsi bene.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
143
Ci aiutano delle linee immaginarie che immaginiamo tracciate attorno alla
Terra. Meridiani e paralleli.
I meridiani vanno tutti dal polo Nord al polo Sud come le righe degli spicchi
di una grande arancia. Bisognava numerarli. Si è deciso di usare i gradi, con cui
si misurano gli angoli. Che angolo? Pensiamo di tagliare in due la Terra
all'Equatore; abbiamo un cerchio e il meridiano passa per un punto della sua
circonferenza. Scelgo un meridiano 0 (è quello che passa per Londra) e conto gli
angoli da quello.
fig. 12 - terra, meridiani e paralleli
Ho bisogno anche di righe nell'altro senso, ad angolo retto coi meridiani: i
paralleli. Sono infatti dei cerchi paralleli dal polo Nord al Polo Sud. Devo
contarli: uso ancora i gradi, pensando di tagliare la palla del mondo in due, da
Nord a Sud; ho un cerchio ancora e conto i gradi a partire dall'Equatore e
andando verso Nord o verso Sud.
La nostra palla è ora piena di righettine. La distanza di un grado di parallelo
è di circa 110 km. La distanza tra i gradi di meridiano cambia perché è sempre
circa 110 km all'Equatore, ma si stringe sino a 0 andando verso i poli.
Siamo ora in grado di dire dove ci troviamo in un punto qualsiasi della
Terra, cosa molto utile per trovare una rotta o per lanciare l’SOS (oggi si usa:
May Day). Per non usare le parole meridiano N°... o parallelo N°..., si usano i
termini longitudine e latitudine.
Gli antichi, che viaggiavano spesso nel Mediterraneo, pensavano che la
Terra conosciuta fosse come un rettangolo: la lunghezza (longitudine) andava da
E ad 0; la larghezza (latitudine dalla parola latina) da N a S. Allora possiamo dire
che Milano (e la Leonardo) è circa a 10° di longitudine ad E (di Londra
Greenwich) e a 45° di latitudine a N (dell'Equatore).
144
CLASSE QUINTA
Ultimo pasticcetto: la Terra non è una sfera, ma è schiacciata ai poli. Poco
male: deformazione più o deformazione meno, tutto va bene lo stesso.
3
Giorno e notte. inverno ed estate
Noi siamo lì, belli fermi nel banco, e non abbiamo proprio idea che il nostro
"fermo" non è per niente fermo, ma si muove, come visto lo scorso anno, a 1000
km/h all'incirca solo per il solo effetto, alle nostre latitudini, della rotazione della
Terra.
La terra fa un giro tutt'attorno in 24 ore. Gira da 0 verso E. Il Sole, che ci
illumina da lontano, sembra girare all'incontrario: sorge ad E e tramonta ad 0.
Ma la Terra, oltre che girare su se stessa, gira attorno al Sole, ma, per render
più divertenti le cose, non sul piano dell'equatore ma su uno inclinato. La strada
della Terra non è sempre alla stessa distanza dal Sole. Data l'inclinazione diversa
tra questo movimento e la rotazione, va a finire che il Sole ci appare come se
girasse sopra la Libia in estate e sopra il sud dell'Africa d'inverno. Morale:
d'estate il Sole ci appare più alto sull'orizzonte, illumina il polo N tutto il giorno
e scalda noi di più; data che il Sole è più dalla nostra parte, il tempo in cui il Sole
si mostra dura di più. D'inverno succede lo stesso per i neozelandesi e per il polo
S; per noi invece è il contrario: sole più basso, più freddo e polo N sempre al
buio, giornate più corte.
Il 21 dicembre (i vari 21 sono approssimati) è il giorno in cui il Sole è più
basso all'orizzonte e ci appare per meno tempo: il sole si è sempre più abbassato
sull'orizzonte, si ferma e da quel giorno comincerà a risalire. Si ha il solstizio (il
Sole sta) d'inverno. Il 21 giugno è il giorno in cui il Sole è più alto e dura più a
lungo: il solstizio d'estate.
Il 21 marzo ed il 21 settembre il Sole ci appare correre sopra l'Equatore: la
notte è uguale al giorno in tutti i punti della Terra, si parla di equinozio (di
primavera, l'uno, e d'autunno, l'altro).
A prima vista il 21 giugno dovrebbe essere il giorno più caldo ed il 21
dicembre quello più freddo. In realtà l'aria, i mari e la terra ci mettono un mese e
mezzo a scaldarsi o raffreddarsi. Così avviene che le stagioni partono dalla data
dei solstizi o degli equinozi, invece di trovarsi a cavallo.
I due paralleli dove il Sole apparentemente arriva a perpendicolo il 21
giugno o il 21 dicembre si chiamano Tropici, del cancro (è il segno zodiacale dal
21 giugno al 22 luglio) quello a Nord, del capricorno (segno zodiacale dal 21
dicembre al 21 gennaio) quello a Sud.
Tra i due Tropici ci sono le regioni tropicali della Terra, dove il cambio
delle stagioni è minimo e dove fa sempre caldo. Ci sono dei fenomeni
atmosferici differenti, dovuti a incontri stagionali di correnti d'aria calda e fredda
che provocano, in molte regioni i famosi monsoni.
Il parallelo invece che, vicino al polo Nord, delimita la zona dove il 21
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
145
giugno il Sole appare per tutte le ventiquattro ore ed il 21 dicembre non sorge
mai, si chiama circolo polare artico.
Quello, vicino al polo Sud, in cui accade il contrario si chiama circolo
polare antartico (anti artico vuole dire).
4
Pianeti e stelle
Abbiamo già parlato di Sole e Terra e di quello che avviene da noi per
effetto della nostra personale Stella.
Le stelle, come il Sole, emanano luce e calore perché in esse avvengono
delle complesse reazioni, non tra atomi come in chimica, ma con cambiamenti
negli atomi: le reazioni nucleari, che anche l'uomo ha riprodotto in piccolo per
scopi pacifici! (centrali nucleari) e meno pacifici (bombe atomiche).
Attorno alle stelle ci sono altri corpi celesti, più o meno caldi, che non
brillano di luce propria e non emanano calore. Possono sembrare stelle o
illuminarci, come la Luna, ma la loro luce deriva da riflessione diffusa
(ricordate?) della luce della loro stella. Questi sono i pianeti.
Il Sole ha 9 pianeti principali, che, dal più vicino al più lontano, sono:
Mercurio, Venere, Marte, Terra, Giove, Saturno, Urano, Nettuno, Plutone.
Tra loro, sono particolarmente visibili Marte, dal colore un po' rossastro,
Venere, che spesso precede o segue nel cielo il Sole, e Giove. Ad occhio nudo
sembrano stelle, ma con un buon cannocchiale appaiono come minuscole palline
e, inoltre, si può notare che non si muovono esattamente con il resto della volta
celeste.
Anche i pianeti possono avere altri pianeti che ruotano attorno a loro. Quelli
del Sole ne hanno. A noi interessa il pianeta della Terra: la Luna.
5
Luna piena e luna nuova
Gli indiani d'America, e non solo loro, contavano il tempo in mesi lunari. I
contadini basano ancora molti cicli agricoli con le lune.
La Chiesa stessa ha ancora certe feste legate ad eventi lunari (in particolare
la Pasqua: domenica dopo la prima Luna piena di primavera).
In effetti il nostro satellite, che ha consolato tante nostre camminate
notturne, che ha fatto sospirare tanti innamorati ed ispirato tante canzoni, ha
molta influenza sulla vita di chi abita sulla Terra.
La Luna attrae i mari e provoca le maree. E' dimostrato che la Luna piena
agita gli animali, che miagolando o ululando vanno alla ricerca di un'"anima
gemella." (e forse i nostri innamorati romantici fanno lo stesso senza rendersene
conto). Si dice normalmente che uno ha la luna storta, per indicare i cambiamenti
di umore nelle persone. I contadini seminano, raccolgono, vendemmiano,
imbottigliano, valutano i cambiamenti di clima secondo ritmi basati sui mesi
lunari e le fasi della Luna. Tutti noi basiamo la nostra vita sulle settimane, che
146
CLASSE QUINTA
corrispondono, quasi esattamente, ad un quarto del ciclo lunare.
fig. 13 - le fasi lunari e le eclissi
Guarda caso anche i ritmi biologici di ciascuna donna (nascita, sviluppo ed
espulsione dell'ovulo) hanno un ciclo medio di poco più di 4 settimane, ossia la
durata del mese lunare.
Vediamo allora queste fasi lunari. La Luna gira su se stessa in 28 giorni e,
caso molto particolare, gira attorno alla Terra nello stesso identico tempo.
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
147
Questo vuole dire che mostra sempre la stessa faccia verso di noi. Per vedere
l'altra faccia della Luna, l'uomo ha avuto bisogno dei razzi interplanetari.
In questo movimento vi è un giorno terrestre in cui è illuminata in pieno dal
sole: è la Luna piena. 14 giorni dopo la Luna è illuminata sulla faccia nascosta:
la faccia a noi nota è tutta in ombra; è la Luna nuova. Nei rimanenti giorni è
illuminata parzialmente; quando è a metà, si parla di primo od ultimo quarto. I
francesi hanno un metodo semplice per veder subito se siamo nel primo quarto o
nell'ultimo: con l'italiano si può dire che, pensando una riga che congiunga i
"corni" della Luna, se si ottiene la lettera "p" siamo nel primo quarto; se questo
non avviene, nell'ultimo.
La Luna non sorge sempre alla stessa ora, ma ritarda ogni giorno di quasi
un'ora: la Luna piena è al centro del cielo a mezzanotte, dato che il Sole,
dall'altra parte della terra può illuminarla in pieno. Al contrario la Luna nuova
non solo è in ombra, ma anche è in mezzo al cielo a mezzogiorno, quando la luce
del Sole non ci permette di distinguere alcunché nel cielo.
La luna non si muove nel cielo attorno all'Equatore, ma va un po' su ed un
po' giu. Talvolta la Terra si mette tra lei ed il Sole e le fa ombra: è l'eclissi di
Luna. Talvolta la Luna (in genere quella nuova) si mette tra Terra e Sole e ci
nasconde quest'ultimo: è l'eclisse di Sole.
6
Un universo popolato da fantasie e sconosciuti mondi
La volta celeste è popolata di stelle. Il Sole è una piccola stella di un turbine
di stelle in movimento, che è la nostra galassia. La nostra non è la sola galassia
dell'universo. Ne abbiamo scoperte altre.
Ciascuna stella dista dalle altre uno spazio enorme: pensate che la loro luce
ci mette anni per arrivare da noi. Per un paragone pensate che la luce ci mette un
po' più di un secondo per rimbalzare dalla Luna alla Terra è circa 500 secondi
(un po' più di 8 minuti) per venire dal Sole alla Terra.
L'umanità però ha visto sempre il cielo sognando e sentendoselo amico. Ha
dato ai pianeti nomi tratti dalle antiche leggende sugli dei della Grecia antica e
ha visto delle figure, fantastiche o tratte dalle stesse leggende, nel cielo, formate
da stelle che ci appaiono vicine, ma che spesso non lo sono nella realtà. Queste
figure sono le costellazioni, che si possono osservare nel cielo od in un
planetario (ce n'è uno anche in Leonardo).
Alcune di queste costellazioni sono importanti:
¾ l'Orsa maggiore e l'Orsa minore (grande e piccolo Carro), che
aiutano a trovare la Stella Polare che indica il Nord ai naviganti;
¾ la Croce del Sud, che indica ai naviganti il Sud;
¾ le costellazioni dello Zodiaco, che sono le costellazioni che il Sole
copre, nascondendole con la sua luce, nei vari mesi dell'anno:
cominciando per tradizione dal 21 dicembre ho: Capricorno,
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CLASSE QUINTA
Acquario, Pesci, Ariete, Toro, Gemelli, Cancro (Granchio), Leone,
Vergine, Bilancia, Scorpione e Sagittario.
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CLASSE QUINTA
CONCLUSIONE
Cari amici, abbiamo cavalcato insieme per cinque anni nel meraviglioso
mondo delle Scienze. Abbiamo visto insieme solo alcune cose, nel modo più
semplice ed intuitivo. In realtà nelle Scienze ci sono innumerevoli argomenti da
esplorare e non ci sono spiegazioni che valgano per sempre, senza che un
ulteriore studio dimostri la necessità di un diverse tipo di spiegazione.
Una vita non basta per sapere tutto. Noi abbiamo dato solo una guardatina.
Spero che i vostri studi vi permettano di fare qualche altro passo.
Sarò contento se sarò riuscito ad abituarvi a guardare con interesse il mondo
che vi circonda ed i fenomeni che avvengono, se avrò lasciato nel fondo delle
vostre menti qualche concetto, che serva di base per capire poi altre cose, e,
infine, se avrete capito che i docili strumenti (specie elettrici) che vi circondano
vanno conosciuti e temuti per essere usati bene e senza pericoli.
Non mi resta che farvi tanti, tanti, tanti auguri di essere sempre "in gamba".
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OMAGGIO A DEI BAMBINI GRANDI
OMAGGIO A DEI BAMBINI GRANDI
Tratto dal discorso alle classi V come Presidente del Distretto Scolastico
Prologo
Omaggio a dei bambini grandi vuol dire fare dei discorsi da adulti a delle
Persone piene come voi ormai siete.
I discorsi da adulti sono semplicemente dei discorsi seri; magari in cui si
tenta di mascherare, per quanto si può, la noiosità con un pizzico di allegria.
Abbiate pazienza, proprio da bambini grandi.
Sembra ieri il giorno in cui siete entrati nella vostra Scuola, un po' diffidenti
verso un mondo nuovo. Avete poi scoperto che quel mondo non era poi così
nemico e che si poteva giocare e divertirsi anche studiando. Almeno così ci
auguriamo per voi e per tutti i vostri compagni.
Senza quasi accorgervi siete cresciuti, di dentro e di fuori; solo qualche
volta vi siete accorti che il vestito (oh meraviglia!) vi era divenuto corto o stretto.
Ora siete diversi, state impadronendovi del leggere e dello scrivere. Voi dite
"roba vecchia", ma il farlo bene è importante perché vi permette di vivere con
gli altri e per gli altri.
Ora siete delle crisalidi, pronte a bucare il bozzolo e a divenire delle
splendide farfalle. Tra pochissimo tempo sarete delle ragazze e dei ragazzi.
Cambierete fisicamente e, quel che più conta, nella testa.
Chi, a casa, vi ha educato ed i vostri Insegnanti, a Scuola, hanno cercato di
prepararvi alla strada che farete. Tra non molto la Scuola elementare vi lascerà
andar via e chi ha vissuto a lungo con voi e per voi vi vede pronti a partire con il
grande desiderio che veniate su bene con gioia e soddisfazione (vostra, ben si
intende). E’ un po' come quando si impianta un alberello, sognando già la grande
quercia che diventerà. Si ha una gran paura che manchi l’acqua o che sia troppa
o che il terreno non sia adatto o che qualche bruco malefico la assalga.
Domani?
Una vecchia canzone dei tempi dei vostri genitori, o forse dei nonni,
raccontava di una bambina che domandava alla sua mamma se sarebbe diventata
"carina" o "ricca". La risposta della madre era un po' fatalista: "Quel che sarà,
sarà; quel che capiterà, capiterà."
Se si parla con voi di quello che vorreste fare da grandi, vengon fuori
proponimenti da parrucchiera, maestra; pilota di aerei o qualche altra professione
"di famiglia". Calma, non preoccupatevi, c’è tempo per decidere. Quello che
conta è decidere bene.
Il successo negli studi può essere importante; ma non è detto che si debba
essere bravi in tutto; bisogna far del nostro meglio, ma stare attenti a trovare
quali siano le nostre vere inclinazioni; uno può essere bravo nello sport o in
GUARDANDO IL MONDO CHE CI CIRCONDA
153
qualche altra attività. Il problema è scoprirlo in modo da trovare una
occupazione da grande che ci diverta. La soddisfazione nel proprio lavoro (e ci
sono tanti di quei lavori che nemmeno immaginate) è quello che si può augurare.
Altra preoccupazione inutile dei ragazzini che state per diventare è di non
essere ben accetti. Dipende un po’ da noi. Se si superano le timidezze e se si
trovano le persone giuste (cercare bene e non fermarsi al primo porto), tutto si
supera. Ogni tanto bisognerebbe rileggersi la favola del brutto anatroccolo
Quando la Scuola elementare vi saluta, vi fa degli auguri. Che cosa vi può
augurare allora? La serenità diciamo noi.
Serenità vuol dire essere contenti di se stessi vuol dire trovare il proprio io e
svilupparlo quanto più si può per sentirsi soddisfatti. Vuol dire però anche non
chiudersi in se stessi, ma crearsi un ruolo con gli altri e per gli altri, perché non
c’è soddisfazione più grande del sentirsi utile per chi ci sta attorno. L’egoismo
non dà vera gioia. Siamo esseri socievoli e la gioia è nel sorriso degli altri,
nell'essere nella loro mente, nel non sentirsi inutili.
Orazio, un vecchio pagano romano in un momento di bilanci di vita, diceva
che non sarebbe mai morto del tutto, perchè una gran parte di lui sarebbe rimasta
nel ricordo di quello che aveva fatto nella sua vita. E noi ancora oggi, leggendo
le sue opere, parliamo e pensiamo con lui.
Inoltre non lasciatevi mai prendere dallo scoraggiamento. Certo per salire
una vetta ci vuol fatica; se ci si siede a valle, la vetta non scende da noi. Per ogni
cosa (sport, studio, lavoro, divertimento) bisogna darsi da fare; ma se si sceglie
la strada giusta i risultati ci daranno la soddisfazione che vi auguriamo.
Gli altri
Noi viviamo con gli altri e per gli altri
Noi tutti giudichiamo gli altri: i ragazzi sono molto portati a giudicare e non
solo i ragazzi.
Cerchiamo però di non generalizzare sui gruppi di persone. In genere si
semplifica perché è tanto più facile ragionare "a blocchi"; gli adulti; quelli
dell'altra classe, gli stranieri, ecc. Nel medioevo tutti i monzesi erano convinti
che i milanesi fossero farabutti e viceversa. La realtà è molto diversa: in ciascun
gruppo ci sono persone buone, persone meno buone; persone costrette dalle
circostanze a comportarsi male con noi. Sono tutti individui umani con i loro lati
positivi e negativi, diversi l'uno dall'altro come siete voi.
Cerchiamo poi, è un consiglio, di evitare più che si può di generalizzare
anche in fatto di persone. Ciascun individuo è un insieme di virtù e di debolezze;
ha momenti felici e momenti in cui altre preoccupazioni gli impediscono di
apparire al meglio. Perciò non può essere mai catalogato tra i buoni o i cattivi. E'
un gioco divertente scoprire quel che c’è di buono in chiunque e valorizzarlo.
Serve a vivere meglio,
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OMAGGIO A DEI BAMBINI GRANDI
Cerchiamo di accorgerci di chi ci vuole bene e ci ha voluto bene (Genitori,
Insegnanti e Amici). C'è chi ce lo fa capire facilmente e chi sembra che non ci
voglia bene, ma che invece ce ne vuole più degli altri. Tutti voi avrete bisogno di
provare e di fare di testa vostra; è la cosa più naturale del mondo: dobbiamo tutti
fare le nostre esperienze ed i nostri sbagli. Teniamo però presente che, se la
persona che ci consiglia ci vuol realmente bene, i consigli sono validi, perché
basati sull'esperienza, anche negativa, fatta. Non scartateli senza neanche
prenderli in considerazione, considerando un mostro cattivo chi ve li dà, magari
pensando a tutti i torti che ha chi invece parla tanto. Se incontrerete un ladro che
vi consiglierà di non rubare, non è contraddizione, ma un consiglio che vale più
di quello di un onesto.
Spendere il proprio tempo
Tra i vari auguri che vi si fanno, c’è quello di far buon uso del proprio
tempo. Parliamo non solo del proprio tempo di lavoro, anche se pure in questo
caso occorre organizzarsi e non dormirci sopra. Parliamo soprattutto del
cosiddetto "tempo libero".
Dicevano quei barbosi dei nostri nonni che 1'ozio è il padre dei vizi. E'
purtroppo abbastanza vero, ma il punto non è questo. Ciascuno di noi ha ricevuto
in dono, con la nascita, una clessidra piena di granelli di minuti della nostra vita.
Già noi siamo costretti a buttarne via un terzo per dormire, altrimenti non
potremmo far niente, nei rimanenti due terzi, per mancanza di energie. Ora voi
avete ancora tantissimi granelli nella parte superiore della clessidra e non vi
preoccupate. Però è sempre un peccato buttar via dei preziosi minuti.
Come utilizzarli bene?
Non staremo qui a fare il solito discorso antitelevisivo tanto barbogio, anche
se abbastanza vero. Il problema non è la televisione, ma il cosa e il quanto. La
televisione deve divertire, anche; ma la scelta di programmi che vi lascino
qualcosa di valido dentro è preferibile. Per il "quanto" pensate se la solita fatina
trasformasse tutto il vostro cibo in cioccolato. Alla fine il vostro stomaco si
ribellerebbe. E la vostra testa con la TV?
Leggere, vi raccomandano gli Insegnanti. E fanno bene, perché la lettura è
un patrimonio che allarga la vostra mente e vi aiuta a scrivere, il che è necessario
per qualsiasi cosa che poi vogliate fare.
Ma ci sono tante altre cose da fare! Giocare è importante: si può giocare al
tavolino o in una stanza o giocare fuori, anche se talvolta e difficile trovare lo
spazio necessario, il posto. Si gioca con gli altri, con chi ha voglia di fare
qualcosa, con chi non ha intenzione di buttar via i granellini di tempo.
Vi auguriamo di giocar bene e tanto. Organizzatevi. Si può pensare al gioco
sportivo (è un gioco, non bisogna prendersela più di tanto), ma non solo.
Camminare, recitare, far musica assieme, cantare in coro, ... - Cercatevi la
compagnia giusta, aiutate chi è restio a seguirvi, ma, ribadiamo, rifuggite da chi
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vuol organizzare il niente e vuol solo buttare via il tempo. Fatevi aiutare da
compagni e Genitori a trovare le organizzazioni sportive o del tempo libero
esistenti; ce n'è per tutti i gusti e, se sono serie, non abbiate paura.
Siete ancora svegli? Siete arrivati fin qui? Che bravi! Sapete? I grilli
parlanti, sin dall’epoca di Pinocchio son sempre stati noiosi. Scusateci. La
colpa è nel fatto che noi tutti vi vogliamo tanto bene e vorremmo tanto che
foste felici.