Progetto A.Q.U.A. e legalità Liceo Classico "F. De Sanctis" dirigente scolastico: prof. Federico Cassese. Expo Scuola 2008 Progetto A.Q.U.A. e legalità Referente: prof.ssa Maria Rosaria Lombardi

I docenti del dipartimento scientifico prof.ssa Antonietta Apicella prof.ssa Cantilena Marina prof. Salvatore Di Concilio e Gli allievi del Liceo delle classi III A III B III E a.s. 2008-2009

presentano

Laboratorio portatile ACQUA

1) Proiezione di brevi films con informazioni di geografia ed ecologia. 2) Esperienze di osservazione e deduzione secondo il metodo sperimentale fondamento della scienza

Indice Film: Cos’è l’acqua, dove si trova, il ciclo dell’acqua e l’importanza della sua protezione pag.8 Densità e galleggiamento: pag.9 - Didattica di Laboratorio: pag.10 L’uovo magico pag.11 e pag.12 Barchetta e pacchetto pag.13 La misura di Archimede pag. 14 - Esperienze e Sceneggiature: “Dall’osservazione alla deduzione” pag.15 L’uovo magico pag. 16 La Spinta di Archimede è una forza pag.18 …che dipende dalla densità pag.20 Barchetta e pacchetto pag.21 La misura della Spinta di Archimede pag.23 La Bandiera pag. 24 Tensione superficiale e capillarità: pag.26 - Sceneggiature: L’ago non affonda pag 27 Il detersivo propulsore pag. 28 Fiori di carta pag.29

Pressione: pag.30 Sceneggiature: Getti d’acqua pag. 31 La fontanella pag.32 Non solo a 100°C pag.34 La chimica dell’acqua: pag. 35 Il pH dell’acqua La ricerca del cloro L’osmosi

Acqua: elemento importantissimo sul nostro pianeta Terra. 1) Film illustrativo http://cicloacqua.altervista.org/ciclo/cycle.html Che cos’è l’acqua 2) Film illustrativo: http://cicloacqua.altervista.org/h20/water.html Importanza dell’acqua, distribuzione sulla Terra e nel corpo umano, definizione della molecola e delle forze di aggregazione che sono all’origine delle proprietà di viscosità e tensione superficiale per la formazione delle gocce. 3) Film illustrativo: (fisica) stati di aggregazione http://cicloacqua.altervista.org/h20/sta.html Dove si trova l’Acqua: mari, oceani, fiumi 4) Film illustrativo: Mari ed Oceani http://cicloacqua.altervista.org/mare/oceani.html 5) Film illustrativo: Maree http://cicloacqua.altervista.org/mare/marea.html 6) Film illustrativo: Fiumi, acque sotterranee, cascate, torrenti, http://cicloacqua.altervista.org/fiume/fiumi.html 7) Film illustrativo: Dighe, irrigazioni, energia elettrica, acquedotti. http://cicloacqua.altervista.org/fiume/diga.html

Didattica di Laboratorio La Spinta di Archimede e il galleggiamento prof.ssa Apicella Antonietta

Esperienza 1: L’UOVO MAGICO Didattica di laboratorio: Esperienza 1: L’UOVO MAGICO Obiettivo 1: Esiste una forza che agisce dal basso verso l’alto, sull’uovo immerso in acqua. Osservazione attiva: Che cosa si osserva? Quando aggiungiamo il sale, l’uovo si muove salendo verso l’alto e poi si ferma. Deduzione Cosa deduciamo? Sull’uovo agisce una forza dal basso verso l’alto maggiore del suo peso, l’uovo si ferma quando la forza dal basso verso l’alto uguaglia la forza peso che agisce dall’alto verso il basso. Conoscenze Perché possiamo dedurre ciò? Perché secondo le leggi della fisica uno degli effetti di una forza è il moto: un corpo libero, si mette in moto, se su di esso agisce una “forza”. Un corpo è fermo (non ha moti di traslazione) se la forza agente è annullata da un’altra uguale in intensità e direzione, ma agente in verso opposto. (Affinché il corpo non abbia neanche moti rotatori, deve essere nulla la risultante dei momenti, ma qui questo aspetto possiamo trascurarlo)

Didattica di Laboratorio Obiettivo 2 : La spinta di Archimede è una forza la cui intensità dipende dalla densità o peso specifico dell’acqua Osservazione attiva: Che cosa si osserva? Quando aggiungiamo il sale, l’uovo si mette in moto perché l’acqua esercita una forza detta “Spinta di Archimede”, inoltre aumenta il peso dell’acqua, ma il volume resta lo stesso. Deduzione Cosa deduciamo? Se è aumentato il peso e non il volume, si dice che è aumentato il peso dell’unità di volume di quest’acqua ( peso specifico). La forza dell’acqua, detta “Spinta di Archimede” aumenta all’aumentare del peso specifico dell’acqua (o anche della densità). Conoscenze Perché possiamo dedurre ciò? Perché secondo le leggi della fisica si definisce peso specifico di una sostanza il rapporto fra il peso e il volume. Poiché il peso è direttamente proporzionale alla massa risulta anche che il peso specifico è direttamente proporzionale alla densità densità d = massa dell’unità di volume = m / V peso specifico ps = peso dell’unità di volume = P / V = m g / V = d g

Esperienza 2: BARCHETTA E PACCHETTO Didattica di Laboratorio Esperienza 2: BARCHETTA E PACCHETTO Obiettivo 3 : La Spinta di Archimede dipende dal volume immerso dell’oggetto Osservazione attiva: Che cosa si osserva? La barca galleggia e il pacchetto affonda Deduzione Cosa deduciamo? La forma dell’oggetto è molto importante per il galleggiamento e quindi la Spinta di Archimede varia se varia la forma dell’oggetto. La grandezza fisica legata alla forma è il volume e per l’acqua è importante il volume immerso, quindi possiamo dedurre che la Spinta di Archimede dipende dal volume immerso di un oggetto

Deduzione Didattica di Laboratorio Esperienza 3 : Il dinamometro e la Spinta di Archimede Obiettivo 4: La Spinta di Archimede è direttamente proporzionale al volume immerso dell’oggetto. Osservazione attiva: Che cosa si osserva? Sul dinamometro leggiamo la misura del peso P del doppio cilindro, se spingiamo con la mano verso l’alto la misura P diminuisce e diventa P1. La differenza delle due letture P - P1 = forza applicata con la mano. Lo stesso accade se immergiamo il cilindro in acqua. Man mano che aumenta il volume immerso, notiamo che la molla del dinamometro si accorcia e il valore letto diminuisce la lettura P1 sul dinamometro e quindi aumenta la differenza: P - P1 = forza o Spinta di Archimede Se siamo bravi con i numeri possiamo notare che se il volume immerso si dimezza, anche la Spinta = P - P1 si dimezza, ecc. Deduzione Cosa deduciamo? La Spinta di Archimede è direttamente proporzionale al solo volume immerso del corpo che è l’unico di cui l’acqua si accorge.

Didattica di Laboratorio Esperienza 4: La misura della Spinta di Archimede col doppio cilindro Obiettivo 5: La Spinta di Archimede è uguale al peso dell’acqua avente un volume uguale al volume immerso dell’oggetto. Osservazione attiva: Che cosa si osserva? Sul dinamometro leggiamo la misura P del peso del doppio cilindro, poi immergiamo in acqua un volume Vi del cilindro (tutto il volume o solo metà) e la lettura sul dinamometro diventa P1. Riempiamo il cilindro cavo dello stesso volume Vi di acqua e la lettura torna ad essere P Deduzione Cosa deduciamo? Il peso dell’acqua che abbiamo versato nel cilindro cavo è proprio uguale alla differenza delle letture P - P1 che sappiamo essere uguale alla Spinta di Archimede. Quindi possiamo affermare che: -La Spinta di Archimede è uguale al peso dell’acqua avente un volume uguale al volume immerso dell’oggetto, essa è FA = densità dell’acqua X volume immerso del corpo X (costante)

“Dall’osservazione alla deduzione” Esperienze e Sceneggiature “Dall’osservazione alla deduzione”

L'UOVO MAGICO Sceneggiatura Occorrente: Due bicchieri grandi, dell’acqua, 10 cucchiaini di sale da cucina, un uovo. Provate voi: Versate una stessa quantità di acqua nei due bicchieri, poi in uno aggiungete il sale col cucchiaino, mescolando un po’. Versate l’acqua dolce lentamente sull’acqua salata senza mescolare i due liquidi e immergete delicatamente l’uovo. Cosa osservate? L’uovo galleggia sull’acqua salata, esattamente a metà del vostro bicchiere! L'UOVO MAGICO

LA SPINTA DI ARCHIMEDE è una forza Sceneggiatura: Occorrente: Due bicchieri grandi, dell’acqua, 10 cucchiaini di sale da cucina, due uova intere. Provate voi: Versate l’acqua nei due bicchieri, mettete un uovo in ciascun bicchiere, poi in uno aggiungete il sale col cucchiaino, mescolando un po’. LA SPINTA DI ARCHIMEDE è una forza

Forza dell’acqua o Spinta di Archimede Sceneggiatura Cosa osservate?: L’uovo affonda nell’acqua distillata e galleggia nell’acqua salata, anzi man mano che si aggiunge sale nell’acqua distillata l’uovo sale verso l’alto galleggiando. Se un corpo si muove vuol dire che? C’è una forza che lo mette in moto Allora se aggiungiamo il sale aumenta la forza dell’acqua? Si, aumenta e quando diventa maggiore del peso dell’uovo, lo mette in moto. Perché l’uovo si ferma e galleggia? L’uovo si ferma galleggiando, perché la forza dell’acqua riesce ad equilibrare la forza peso diventando uguale ed opposta. Sapete come si chiama la forza dell’acqua in fisica? L’acqua esercita una forza verso l’alto detta “Spinta di Archimede” L’uovo galleggia se tale forza è uguale al suo peso Forza dell’acqua o Spinta di Archimede Forza peso dell’uovo

La Spinta di Archimede aumenta con la densità dell’acqua. Sceneggiatura …che dipende dalla densità Quando sciogliamo il sale nell’acqua, secondo voi aumenta il peso dell’acqua? Si Volete dire che un bicchiere di quest’acqua salata pesa più di una catinella d’acqua dolce? Nooooooo, un bicchiere d’acqua salata pesa più di un bicchiere di uguale volume di acqua dolce. Sapete come si esprime ciò in linguaggio scientifico? Si dice che quando sciogliamo il sale nell’acqua, aumenta il peso dell’unità di volume dell’acqua, cioè il suo peso specifico e la sua densità. densità d = massa dell’unità di volume = m / V peso specifico ps = peso dell’unità di volume = P / V = m g / V = d g Allora possiamo anche dire che: La Spinta di Archimede aumenta con la densità dell’acqua.

BARCHETTA E PACCHETTO… Sceneggiatura BARCHETTA E PACCHETTO… Occorrente: una vaschetta piena di acqua, due fogli uguali di carta stagnola oppure di rame, (in modo che abbiano lo stesso peso P, la stessa densità e lo stesso peso specifico). Provate voi: ricavate una barchetta da un foglio e un pacchetto dall’altro e appoggiateli sull’acqua della vaschetta. Cosa osservate?: il pacchetto affonda e la barchetta galleggia! Perché? Il peso è lo stesso, ma cosa hanno di diverso? P = P

La barchetta e il pacchetto hanno lo stesso peso, ma diverse forme. Possiamo dire che il peso è distribuito in un volume più grande nel caso della barca? Si Allora il peso specifico (e la densità) della barca è minore di quella del pacchetto? Si, perché il peso è lo stesso e il volume della barca è più grande Ma…. Archimede, cioè l’acqua, come se ne “accorge”? Può accorgersi solo del volume immerso! Deduzione: La Spinta di Archimede riesce ad uguagliare il peso della barca (e quindi a farla galleggiare) quando la barca ha un volume immerso adeguato. Sceneggiatura …hanno forme diverse e quindi diversi volumi immersi!

Sceneggiatura Occorrente: un sostegno e un dinamometro, un doppio cilindro, una vaschetta piena d’acqua. Provate voi: -Appendete il doppio cilindro al dinamometro e leggete il valore del suo peso P, -Sistemate la vaschetta con l’acqua sotto il doppio cilindro e lentamente avvicinatela al cilindro pieno in modo che esso risulti immerso nell’acqua di un volume Vi = un terzo, poi metà dell’intero. Leggete le misure P1 sulla scala del dinamometro e le differenze P - P1 = Spinta di Archimede -Versate poi dell’acqua nel cilindro cavo di un volume uguale a quello immerso Vi e osservate che il dinamometro segna di nuovo P, come se la Spinta fosse sparita. La Spinta di Archimede

Se Vi raddoppia (o triplica) la Spinta raddoppia (o triplica) ? Si Sceneggiatura Se Vi raddoppia (o triplica) la Spinta raddoppia (o triplica) ? Si Possiamo dire che la Spinta è direttamente proporzionale al volume immerso? Si. Cosa vuol dire che il dinamometro segna di nuovo P? Vuol dire che la Spinta è annullata dal peso dell’acqua perciò possiamo dire che essa è uguale proprio al peso del volume d’acqua Vi P P1 P Si riempie di acqua FA P – P1 = FA Spinta di Archimede

Sceneggiatura LA BANDIERA Occorrente: Un cilindro alto di vetro, olio, acqua, alcool. Provate voi: Versate dell’acqua, poi dell’olio, e infine l’alcool. Cosa osservate? L’alcool galleggia sull’olio e l’olio sull’acqua La densità dell’olio è minore della densità dell’acqua? Si La densità dell’olio è minore della densità dell’alcool? No Perché? Perché se l’olio galleggia sull’acqua vuol dire che la Spinta di Archimede è maggiore del suo peso

L'AGO NON AFFONDA Occorrente: Un bicchiere o una vaschetta, carta velina, un ago (o una graffetta o una lametta), Provate voi: Versate l'acqua in un bicchiere e appoggiate l'ago sull'acqua. Cosa osservate? L’ago affonda. (La densità del metallo è maggiore della densità dell’acqua perciò è ciò che ci aspettiamo) Provate ancora: appoggiate l’ago sulla superficie dell’acqua lentamente usando una pinzetta oppure adagiandolo su una strisciolina di carta velina. Cosa osservate: Piano piano, l'acqua inzuppa la strisciolina la quale affonda lasciando l’ago appoggiato sulla superficie. Allora l’ago galleggia? No, l’ago risulta “appoggiato” sulla superficie dell’acqua come su un lenzuolo, la superficie dell’acqua è deformata a causa del suo peso. ---------------------------------------------------------------- Qual è la proprietà che permette all’acqua di sostenere l’ago, vincendo il peso dell’ago e la legge del galleggiamento? -La tensione superficiale, che tiene unite le molecole dell’acqua, tanto da formare una specie di “pelle dell’acqua”. Questa “pelle” agisce la forza di reazione vincolare e determina l’equilibrio dell’ago sull’acqua -

DETERSIVO PROPULSORE Occorrente: Alcuni piatti di plastica, forbici, una bacinella rettangolare, acqua pulita, pezzetti di sapone o sapone liquido. Provate voi: Ricavate dalla base di un piatto una forma affusolata e praticate un piccolo incavo nella sua parte terminale. Disponete la forma nella bacinella piena d’acqua e in corrispondenza dell’incavo posizionate un pezzo di sapone (oppure lasciate cadere una goccia di sapone liquido). Cosa osservate? La vostra piccola zattera comincerà a muoversi sotto la spinta della tensione superficiale. La velocità della zattera dipende fortemente dalla geometria della forma utilizzata, per verificarlo organizzate gare di velocità fra forme diverse, un rettangolo, una circonferenza, un triangolo. Ricordate sempre di cambiare l’acqua dopo ogni prova. Cosa se ne deduce? Il sapone rompe la tensione e la pelle dell’acqua scatta come un elastico imprimendo un impulso alla zattera.

FIORI DI CARTA Occorrente: Carta liscia non lucida, matite, forbici, una vaschetta e dell'acqua. Provate voi: Disegnate sulla carta un fiore come indicato nella figura e ritagliatelo. Ripiegate i petali verso l’interno e poggiate il fiore sull’acqua. Cosa osservate? (il fiore si apre) Perché il fiore si apre? ( i petali diventano più pesanti ) Perché i petali diventano più pesanti? ( l’acqua riesce a salire lungo i tubicini strettissimi formati dalle fibre della carta e li bagna ) Quali sono le proprietà che permettono all’acqua di salire, vincendo la forza del suo peso? -La tensione superficiale che tiene unite le varie molecole e la capillarità dei tubicini che permette di risalire ad un livello superiore a quello di equilibrio-

PRESSIONE

GETTI D’ACQUA Occorrente: B C A B C Occorrente: Due bottiglie di plastica, forbici, acqua. Provate voi: Bucate la bottiglia a diverse altezze A, B, C, chiudete i fori con le dita o con tre tappi e riempitela di acqua. Poi stappate i fori allo stesso istante e confrontate le gittate. Cosa osservate? L’acqua zampilla dai fori raggiungendo il suolo a diverse distanze cioè con gittate diverse. Da quale foro l’acqua zampilla con gittata maggiore? Dal foro più basso. Ora riprovate: riempite la bottiglia ad un livello maggiore e ripetete l’esperienza. Come cambiano le gittate dai fori? Aumentano Che cosa potete dedurre? La gittata è aumentata perché evidentemente è aumentata la pressione idrostatica che spinge l’acqua fuori, quindi la pressione idrostatica aumenta se aumenta il livello dell’acqua sovrastante o meglio con la profondità.

LA FONTANELLA Occorrente: Tre vasetti di vetro di cui uno col tappo di sughero, due cannucce, della plastilina, acqua e coloranti alimentari. Provate voi: Praticate due fori in un tappo di sughero e inserite due cannucce. Riempite un vasetto d’acqua colorata e inserite il tappo regolando l’altezza delle cannucce in modo che una sia a filo del tappo e l’altra entri per metà nel vasetto. A questo punto sigillate lo spazio attorno alle cannucce con della plastilina. Riempite il secondo vasetto con l’acqua colorata, tappate le cannucce con le dita, capovolgete il primo vasetto e posizionatelo sopra il secondo in modo che la cannuccia che sporge si immerga nell’acqua di quest’ultimo. Sistemate ora il terzo vasetto sotto l’altra cannuccia, vedrete l’acqua risalire dal secondo vasetto attraverso la cannuccia formando una fontanella.

Cosa osservate? Dalla cannuccia sgorga l’acqua colorata a fontanella. Quando sigilliamo il 1° barattolo e lo capovolgiamo, l’acqua scende nel terzo attraverso la cannuccia bianca, quindi lascia più spazio all’aria già presente? Si Se nel 1° barattolo l’aria occupa più volume, la sua pressione aumenta o diminuisce? Diminuisce La pressione atmosferica che agisce sull’acqua colorata del 2° barattolo cambia? No Quindi risulta essere maggiore la pressione sull’acqua colorata rispetto a quella nel 1° barattolo? Si Come mai l’acqua sale lungo la cannuccia? L’acqua sale perché è maggiore la pressione nel 2° barattolo, ma anche perché la pressione si distribuisce allo stesso modo in tutte le direzioni e anche dal basso verso l’alto della cannuccia azzurra. 1° 2° 3°

Bolle!....NON SOLO A 100°C Occorrente: una beuta, dell’acqua, un fornello, una siringa collegata ad un tubo con rubinetto ed inserito in un tappo di gomma forato. Provate voi: Mettete l’acqua nella beuta e fatela bollire, quando vedrete formarsi e salire a galla delle grosse bolle, togliete la beuta dal fornello. Le bolle spariranno perché la temperatura scenderà. A questo punto chiudete la beuta con il tappo di gomma, inserite il tubo nel tappo con il rubinetto aperto e la siringa chiusa. Infine aspirate l’aria della beuta con la siringa e velocemente chiudete il rubinetto. Cosa osservate? L’acqua riprende a bollire! Se la temperatura non è più 100°C perché l’acqua bolle? L’unica cosa che cambia aspirando l’aria con la siringa è la pressione. Perciò possiamo dedurre che la temperatura di ebollizione dipende dalla pressione

LA CHIMICA

PH dell'acqua Occorrente: Aceto bianco, limone, detersivo, sapone neutro, bicarbonato, candeggina, acqua distillata, ammoniaca, acido cloridrico, idrossido di sodio, indicatore universale, blu di bromotimolo, provette. Provate voi: mettete un po’ di ciascuna sostanza in una provetta (sciogliere il detersivo ed il sapone con un po’ di acqua). Aggiungete qualche goccia del blu di bromotimolo con una pipetta in ogni provetta. Bagnate un pezzetto di cartina indicatore universale con un po’ di ciascuna soluzione e confrontate il colore con la scala cromatica della confezione. Cosa osservate? In alcune provette il contenuto si colora di giallo ed in altre cambia colore passando al blu. Dal colore della cartina potete risalire al valore del pH delle soluzioni delle sostanze esaminate e quindi al grado di acidità e basicità. Acide Neutre Basiche <7 Acqua pH = 7 > 7

Acide Neutre Basiche <7 Acqua pH = 7 > 7 Limone sale detersivo Aceto sapone bicarbonato candeggina Sostanze aspre e corrosive Sostanze lisce e sbiancanti si colorano come si colorano come l’acido cloridrico l’idrossido di sodio Che cosa sono “le piogge acide”? È pioggia che indica inquinamento dell’aria da ossidi di zolfo e di azoto, e da eccessiva anidride carbonica. Che cosa si deduce da un pH dell’acqua maggiore di sette? La basicità dell’acqua può indicare inquinamento da materiale in putrefazione (l’ammoniaca è il prodotto della decomposizione delle proteine).

Ricerca del cloro Occorrente: acqua distillata, sale da cucina (cloruro di sodio), acqua di rubinetto, soluzione di nitrato d’argento, 4 provette. Provate voi: preparate la soluzione n.1 di “nitrato d’argento” in acqua distillata, poi la soluzione n.2 di cloruro di sodio. In altre due provette versate acqua distillata e acqua di rubinetto. I 4 campioni sono tutti incolori Versate un po’ di soluzione n.1 in ciascuna delle tre provette preparate. Cosa osservate?, la soluzione di cloruro di sodio diventa color latte quando versiamo la punta di nitrato, quindi possiamo considerare questo colore un riferimento per individuare la presenza del cloro. L’acqua distillata resta di colore invariato anche in presenza di nitrato. L’acqua di rubinetto diventa color latte tanto più quanto più contiene cloro. (perché il nitrato si combina col cloro formando il cloruro d’argento che non è solubile in acqua)

Osmosi Occorrente: una patata, un pelapatate, sale da cucina, acqua, un piatto di plastica e un cucchiaino. Provate voi: sbucciate la patata, tagliatela a metà, scavatela con il cucchiaino e posatela in un piatto che contiene acqua sul fondo, mettete un cucchiaino di sale nell’incavo della patata e aspettate 5 minuti. Cosa osservate?: il sale risulta bagnato Perché? Perché la patata funziona come una membrana semipermeabile che separa due soluzioni contenenti diverse quantità di Sali. L’acqua viene risucchiata dal sale e attraversa le pareti porose della patata, per “osmosi” Grazie al fenomeno di osmosi le piante riescono ad assorbire l’acqua dal terreno, acqua che poi per capillarità risale fino alle foglie.