La tensione superficiale dell’acqua e le bolle di sapone Corso di Laurea in Scienze della Formazione Primaria La tensione superficiale dell’acqua e le bolle di sapone Fondamenti e Didattica della Fisica Docente: Bonanno A. De Luca Anna Matricola 159414

"Credo che non ci sia nessuno in questa stanza che non abbia fatto qualche volta una comune bolla di sapone, e che, ammirandone la forma perfetta e la meravigliosa lucentezza dei colori, non si sia chiesto come fosse possibile fare tanto facilmente un oggetto cosi splendido. [...] In una comune bolla di sapone c'è molto di più di quanto immagini di solito chi si limita a considerarla un gioco." Charles V. Boys, "Le bolle di sapone e le forze che le modellano", Zanichelli 1971.

Ho scelto di parlare ai bambini di tensione superficiale dell'acqua sfogliando il loro libro di testo perchè avevo già deciso che avrei lavorato su qualcosa non troppo distante dal loro lavoro in classe. Solo tre erano gli argomenti possibili e due, densità dei liquidi e dilatazione dei corpi, erano già stati illustrati dall'insegnante; il terzo era proprio la tensione superficiale. Progettando le attività da proporre è stato naturale pensare di includere le bolle di sapone, che sicuramente avrebbero attirato l'interesse di bambini di una Quarta Primaria.

Scuola: IC Mameli Amantea, Scuola Primaria “Don Giulio Spada” Classe: 4A Numero alunni: 14 Spazi: Aula Tempi: 2 ore + 1 ora, 15/16 Maggio 2015 Materiali: Di uso comune, specificati prima di ogni attività.

OBIETTIVI Conoscenze: Le forze di coesione tra molecole di un liquido in un contenitore, all’interno e in superficie, dove agisce la tensione superficiale Le forze di coesione fanno si che l’acqua occupi meno spazio possibile I tensioattivi e come influiscono sulla tensione superficiale La dinamica delle bolle di sapone

OBIETTIVI Competenze: Formulare ipotesi a priori di un’attività pratica Descrizione dei fenomeni osservati Saper collegare causa ed effetto Individuare i motivi dei risultati osservati

PROVA 1 PROVA 2 Esistenza della pellicola TENSIONE SUPERFICIALE PROVA 3 TENSIOATTIVI PROVA 4 PROVA 5 BOLLE DI SAPONE

PREREQUISITI Le nozioni che i bambini devono avere ben chiare sono: L’acqua è formata da molecole La formula chimica dell’acqua è H2O perché la molecola è formata da due atomi di Idrogeno e uno di Ossigeno Come sono disposti gli atomi che formano le molecole di acqua e come le molecole sono legate fra loro

ANALISI DEI PREREQUISITI Scheda somministrata dopo il riferimento alla lezione tenuta dall’insegnante Valutazione dei prerequisiti tramite punteggi assegnati ai quesiti

Alunno Punti Nicolò 10 Diego 7 Anna Alice Roberto Rosita Giuseppe Asia Martina Emanuele Giulia Claudio Massimiliano Letizia

I due bambini che hanno totalizzato 7 punti non hanno saputo trascrivere la formula chimica dell’acqua. Ho chiesto loro di venire alla lavagna e disegnare la molecola d’acqua Ho chiesto di dare un nome ai tre oggetti che hanno disegnato A questo punto entrambi i bambini hanno individuato i due atomi di Idrogeno e quello di Ossigeno, traendone la scrittura H2O

La maestra ha introdotto la mia attività anticipando che grazie alla tensione superficiale una graffetta in acqua non va a fondo; alcuni bambini hanno mosso obiezioni, affermando che è fatta di un materiale troppo pesante per galleggiare in acqua.

PROVA 1 Occorrente: acqua bicchieri di plastica stuzzicadenti graffetta pinzetta Procedimento: Riempire i bicchieri e adagiare sull’acqua in uno lo stuzzicadenti e nell’altro la graffetta, con la pinzetta. Domanda: Cosa avviene quando lascio stuzzicadenti e graffetta?

Ipotesi: Stuzzicadenti, per tutti galleggia perché è di legno, quindi molto leggero Graffetta, per alcuni va a fondo perché è fatta di ferro ma per altri resta in superficie perché comunque è piccola e leggera. Osservazioni: Lo stuzzicadenti resta in superficie, come tutti si aspettavano, e anche la graffetta, generando molte perplessità; toccando la graffetta con il dito questa va a fondo dimostrando che entrambe le ipotesi sono vere ma a fare la differenza è il “come” vengono in contatto acqua e graffetta.

Perché?: Lo stuzzicadenti resta in superficie, anche se lo si spinge sotto La graffetta adagiata con la pinzetta sta su una sorta di pellicola che buca se viene spinta sotto

PROVA 2 Occorrente: acqua contagocce moneta Procedimento: Poggiare la moneta sul tavolo e con il contagocce far cadere sopra l'acqua, una goccia alla volta. Domanda: Una moneta può contenere acqua?

Ipotesi: Assolutamente no Osservazioni: L'acqua resta entro i bordi della moneta prendendo la forma di cupola. Per i bambini, succede proprio per i bordi che delimitano l’area su cui va l’acqua, quindi ho fatto cadere una goccia di acqua sulla mia mano, mostrando che succede la stessa cosa e che la spiegazione è che l’acqua tende a occupare meno spazio possibile, per effetto delle forze che attirano verso l’interno tutte le molecole.

Tutte le molecole dell'acqua sono unite fra loro perché si attraggono a vicenda per effetto delle forze di coesione.

All’interno del liquido, ogni molecola è attratta in ogni direzione ma in superficie, a contatto con l’aria, le forze di coesione agiscono solo verso l’interno con una forza tale da creare come una pellicola; questo fenomeno prende il nome di Tensione Superficiale.

Ogni bambino è una molecola di acqua. Un bambino si mette al centro e gli altri intorno gli afferrano la maglietta con una mano Se dico ai bambini che stanno all’esterno di fare un passo verso la porta, quello che sta al centro deve per forza muoversi nella stessa direzione perché non è abbastanza forte da contrastare il movimento

Chiedo che restino solo due bambini vicino a quello al centro, così che questo adesso rappresenti una molecola che sta sulla superficie dell’acqua Se dico ai due bambini di fare un passo verso la finestra, il bambino “della superficie” ha forza sufficiente per poter restare al suo posto

PROVA 3 Occorrente: acqua vaschetta borotalco contagocce acqua saponata Procedimento: Riempire di acqua la vaschetta e farci cadere sopra il borotalco. Versare il contagocce l'acqua saponata. Domanda: Cosa succede nelle due vaschette?

PROVA 3 Ipotesi: Il borotalco si mischia all’acqua Il borotalco va sul fondo della vaschetta Il borotalco resta in superficie Osservazioni: Come previsto, si forma uno strato di borotalco che resta intatto se ci passiamo sopra uno stuzzicadenti, come chiesto dai bambini; al contrario, si rompe versandoci l'acqua saponata.

PROVA 4 Occorrente: acqua bacinella sapone cannuccia spago forbici Procedimento: Riempire la bacinella con l'acqua saponata e immergere il telaio costruito tagliando la cannuccia e facendoci passare dentro lo spago da annodare. Osservazioni: All'interno del telaio è visibile la lamina saponata a dimostrazione che non solo la tensione superficiale è presente, ma abbastanza forte, insieme al sapone, da attirare lo spago verso il centro del telaio.

PROVA 5 Occorrente: acqua bacinella sapone filo di ferro Procedimento: Riempire la bacinella con l'acqua saponata e immergere il telaio costruito modellando il filo di ferro nella forma desiderata e torcendo insieme le estremità. Osservazioni: All'interno del telaio è ancora visibile la lamina saponata; soffiandoci dentro si generano bolle di sapone perché la lamina ingloba aria e poi si chiude.

Osservazione: l’acqua saponata è data dall’acqua e dal sapone, quindi nella bacinella ci sono le molecole di acqua ma anche molecole di sapone

I saponi e i detergenti, scientificamente chiamati “tensioattivi”, sono sostanze in grado di ridurre la tensione superficiale dell'acqua perché le loro molecole vanno tra quelle dell’acqua, abbassando le forze di coesione

“Come funzionano quindi le bolle di sapone?”

“COME UN PALLONCINO!”

VERIFICA E VALUTAZIONE GIORNO 1 – Assegnazione di un esperimento da fare a casa; data la lista di occorrente e procedimento, i bambini devono trascrivere le ipotesi fatte in classe, da confermare o smentire, e il perchè di quanto si è verificato GIORNO 2 – Somministrazione di scheda comprendente tutti gli argomenti trattati La Valutazione del raggiungimento degli obbiettivi e del successo dell’esperienza avviene tramite analisi matematica dei punteggi assegnati alle prove

Assegnazione punteggi Esperimento – 0 punti per non averlo provato 5 punti per lo svolgimento senza aver capito il motivo del risultato 10 punti per lo svolgimento e la corretta comprensione del risultato Scheda – ogni quesito ha un suo punteggio per un totale di 20 punti. Votazione I punteggi sono trasformati con la formula punteggio:30=voto:10 per avere voti da 0 a 10.

Alunno Punti Nicolò 10 Diego 5 Anna Alice Roberto Rosita Giuseppe Asia Martina Emanuele Giulia Claudio Massimiliano Letizia

Dal momento che un bambino non ha provato l’esperienza a casa e due non hanno capito quanto è avvenuto, ho pensato di rifare insieme a loro l’esperimento in classe Ipotesi: la garza è bucata quindi l’acqua esce dalla bottiglia Conclusioni: è vero che la garza è bucata, ma i fori sono tanto piccoli perché le molecole d’acqua, grazie alla patina formata per la tensione superficiale, non vi passino atttraverso

Alunno Punti Nicolò 18 Diego 16 Anna 19 Alice 10 Roberto Rosita Giuseppe Asia Martina 20 Emanuele 15 Giulia Claudio Massimiliano 6 Letizia

Alunno Esperimento Scheda Punteggio/30 Voto Finale Nicolò 10 20 6,5 Diego 5 16 21 7 Anna 19 29 9,5 Alice 13 23 7,5 Roberto 18 28 9 Rosita Giuseppe 3 Asia Martina 30 Emanuele 15 25 8 Giulia Claudio Massimiliano 6 Letizia Ritengo insufficienti i voti inferiori al 6 e sufficienti quelli uguali o maggiori al 6

Conclusioni finali: Posso ritenermi soddisfatta del mio lavoro perché quasi tutta la classe si è mostrata attenta e partecipe e ha dimostrato di aver assimilato i concetti che ho proposto.