Descrizione a livello didattico per allievi di scuola elementare-media dei fattori che influenzano la variazione di livello dell’acqua contenuta in un recipiente quando si verifica il passaggio dallo stato liquido a quello solido (ghiaccio) e viceversa: Fenomeno che si verifica anche nei bacini lacustri, marini, oceanici e che può essere interpretato utilzzando le nozioni apprese osservando animazioni o trasformazioni sperimentalmente eseguite in laboratorio Nota: le unità di misura, i valori indicati sono adattati alla finalità di semplificare la descrizione a livello elementare Il livello del mare aumenta se il ghiaccio in esso presente fonde ? Il livello del mare aumenta se ghiaccio continentale (Groelandia, Antartide) viene immesso in mare ? Il livello del mare aumenta se ghiaccio continentale(alpi,Himalaia..) fonde?

Mentre risulta semplice e verificabile con esperimenti osservare la variazione di livello dell’acqua in un recipiente in laboratorio, è molto più complesso il problema a livello di bacini ampi, intercomunicanti (laghi, mari ,oceani); bisogna stabilire il livello medio del mare; considerare la variazione della massa d’acqua disponibile (che dipende dall’apporto derivante dai fiumi, fusione ghiacciai continentali, precipitazioni..) e dalla rimozione mediante evaporazione (formazione di ghiaccio marino su scala geologica con abbassamento notevole a livello mondiale:eustatisno); dilatazione termica delle acque in funzione di aumento di temperatura, effetto serra.. elementi importanti da considerare sono la salinità (che influisce sulladensità) e può variare in funzione della formazione di ghiaccio marino, evaporazione, immissione di acqua dolce…; temperatura influisce su evaporazione, precipitazioni,fusione o congelamento, movimenti astronomici (distanza dal sole, inclinazione raggi solari, precessione equinoziale..), vento, correnti, mareee e altro…

Presentazione di problema risolvibile eseguendo in laboratorio semplici esperimenti e cercando la soluzione numerica con dati indicativi forniti cercare di prevedere e interpretare i risultati

Domande : 1:tre contenitori con base 50 cm2 contengono la stessa quantità di acqua che raggiunge un livello di 60 cm 2:in A vengono versati 1000 grammi di acqua in B viene introdotto ,fissato al fondo, ghiaccio 1000 grammi in C viene introdotto ,libero di galleggiare, ghiaccio 1000 grammi 3 :conoscendo che 1000 g di acqua occupano un volume di 1000 cc e 1000 grammi di ghiaccio occupano un volume di 1100 cc 4:calcolare il livello raggiunto in A , B, C dopo l’aggiunta di acqua o ghiaccio 5:calcolare il livello finale , dopo la fusione , in (A), B, C 60 cm B C A

A B C 80cm 60 cm In A il volume aggiunto / base = 1000 cc / 50 cq = 20 c :innalzamento 20 cm In B il volume aggiunto / base = 1100 cc /50 cq ) 22 cm:innalzamento 22 cm in C il volume aggiunto rimane immerso per 1000 cc :il livello si innalza secondo il calcolo 1000 cc / 50 c = 20 cm In B la fusione comporta la riduzione del volume da 1100 cc a 1000 cc la altezza del volume scomparso = 100 cc / 50 cq = 2 cm In C la fusione del ghiaccio immerso comporta la riduzione del volume che viene occupato dall’acqua derivante dalla fusione del ghiaccio emerso livello rimane costante I livelli finali sono uguali in A ,B,C = 80 cm ( stessa massa di acqua aggiunta)

Animazione esperimenti e interpretazione dei risultati

Osservazioni preliminari Massa costante e volume variabile La stessa massa di acqua presenta un diverso volume quando si trova nello stato liquido o nello stato solido (ghiaccio) Quando l’acqua si trasforma in ghiaccio il suo volume aumenta; viceversa quando il ghiaccio si trasforma in acqua il suo volume si riduce Praticamente (in modo solo approssimativo per semplificare): 1000 grammi di acqua occupano un volume di 1000 cc 1000 grammi di ghiaccio occupano un volume di 1100 cc Massa costante e volume variabile

A, B con acqua allo stesso livello A, B con due corpi con uguale volume :ferro e ghiaccio(bloccato sul fondo perché non salga in superficie per spinta idrostatica) Il livello sale in modo uguale in A e B Il ghiaccio fonde :il livello in B diminuisce rispetto a quello di A

a ,b recipienti con uguale quantita di acqua : uguale livello iniziale A : corpo (1000 cc) immerso provoca innalzamento di livello B1 : contenitore elastico impermeabile contiene acqua(1000 cc): immerso provoca innalzamento di livello come in A B2 :si produce formazione di ghiaccio (solo entro contenitore) che aumenta il volume (1100 cc) e innalza il livello > A B3:si produce fusione del ghiaccio con riduzione di volume:il livello scende perché l’acqua sovrastante ritorna a occupare ll volume laciato disponibile

A B La massa d’acqua fornita è uguale nei due contenitori anche se inizialmente i volumi sono diversi (e quindi diverso l’effetto sull’innalzamentodi livello): alla fine entrambi i recipienti contengono la stessa massa di acqua (liquida) e quindi lo stesso volume:segue uguale innalzamento del livello finale A:B contengono uguale volume di acqua:stesso livello A,verso 1000 grammi (1000 cc) di acqua:sale il livello B:introduco ghiaccio 1000 grammi (1100 cc):sale il livello più che in A B :fusione del ghiaccio e riduzione di volume:scende il livello A e B con uguale livello finale

A B C C : 1000 g di ghiaccio Volume 1100 cc 1000 cc immersi 100 cc emergenti Aumento livello C < B Con la fusione i livelli A,B,C Sono uguali A:B ,C contengono uguale volume di acqua:stesso livello A,verso 1000 grammi (1000 cc) di acqua:sale il livello B:introduco ghiaccio 1000 grammi (1100 cc):sale il livello più che in A B :fusione del ghiaccio e riduzione di volume:scende il livello A e B con uguale livello finale

Principio idrostatico (Archimede) Un corpo immerso in un liquido (acqua) riceve una spinta verticale verso l’alto pari al peso del volume di liquido spostato Può quindi calare al fondo, restare sospeso nel liquido, galleggiare in funzione della densità del liquido e della propria a d= 1000 g/litro Un corpo può galleggiare in maniera variabile sull’acqua, se ha una densità minore di quella dell’acqua b d = 5000 g/ litro c d = 500 g/litro Tre corpi con uguale volume e diversa massa hanno diversa densità : massa (grammi) / volume (litro) Acqua a 1000 g / litro

Un corpo immerso in un liquido (acqua) riceve una spinta verticale verso l’alto pari al peso del volume di liquido spostato a d= 1000 g/litro b d = 5000 g/ litro c d = 500 g/litro Consideriamo due sostanze diverse b (5000 g), c (500 g) con lo stesso volume(1 litro) e immergiamole in recipienti contenenti acqua Il corpo b potrebbe galleggiare se potesse spostare un volume di acqua con peso pari al proprio: dato che l’acqua fornisce una spinta pari a 1000 g / litro , il corpo dovrebbe spostare 5 litri di acqua ma al massimo può spostarne 1 litro non potendo ottenere l’effetto necessario:cala a fondo Il corpo c può galleggiare immergendo mezzo volume (mezzo litro) per ricevere la spinta necessaria di 500 g, fornita da mezzo litro di acqua

Una sostanza con densità > di quella dell’acqua può galleggiare se il corpo formato con tale sostanza presenta un volume che generi una densità < acqua Densità sostanza = 4 g (cc densità acqua = 1 g / cc 8 g / 2 cc = 4 g/cc 8 g / 16 cc = 0.5 g /cc La sferetta con densità 4 g/cc cala fondo non potendo spostare un volume di acqua che generi una spinta per sostenere 8 grammi La sferetta cava col nuovo volume e densità 0.5 g /cc ,immerge con metà volume (8 cc) sposta un volume di 8 cc di acqua e riveve una spinta di 8 g.

Acqua dolce :densità 1000 g / litro acqua di mare :densità 1028 g /litro ghiaccio : densità 900 g /litro (valori indicativi per descrizione, si prescinde da variazioni dovute a vari fattori; unità di misura adattate alla descrizione semplificata Il ghiaccio avendo densità minore di quella dell’acqua, può restare parzialmente emerso: immerge solo il volume necessario per spostare una massa di acqua pari alla propria: emerge nell’acqua di mare più che in quella dolce Massa 1000 g V = 1000 cc d= 1000g/1000 cc= 1g /cc V=1100 cc d=1000g/1100cc=0.9 g/cc d=1028 g/litro d = 1000 g/litro

Versamento di acqua in uno dei due cilindri : aumento di livello A B due cilindri uguali contenenti acqua allo stesso livello iniziale A,B Versamento di acqua in uno dei due cilindri : aumento di livello A Blocco di ghiaccio con massa uguale a quella dell’acqua versata in A Immersione del ghiaccio in un cilindro con aumento del livello Fusione del ghiaccio senza variazione del livello , uguale nei due cilindri

A B La parte di ghiaccio immersa , fondendo, genera acqua con un volume diminuito: il livello dovrebbe scendere ; ma la fusione del ghiaccio emergente genera altra acqua che aumenta il livello virtualmente diminuito:alla fine il livello rimane costante, simile a quello del cilindro nel quale è stata versata la stessa quantità di acqua allo stato liquido

Si impedisce al ghiaccio di risalire per spinta idrostatica B A A : versamento di acqua (30 cc) B : versamento di acqua (30 cc) B : formazione di ghiaccio e aumento di volume Si impedisce al ghiaccio di risalire per spinta idrostatica A , B : versamento acqua (20 cc) B : fusione del ghiaccio e contrazione volume B : acqua occupa volume disponibile A, B livello finale identico nei due contenitori

A B contengono acqua (30 cc) A , B con livello finale diverso B : si introduce blocco di ghiaccio( 20 cc) immobilizzato sul fondo il livello sale B : il ghiaccio fonde, riducendo il volume occupato:18 cc l’acqua scende e il livello diminuisce A , B con livello finale diverso

A B contengono acqua (30 cc) A , B con livello finale diverso B : si introduce blocco di ghiaccio( 20 cc) che rimane parzialmente emerso il livello sale B : il ghiaccio fonde, riducendo il volume occupato:18 cc la parte emersa fondendo genera acqua che occupa il volume reso disponibile :il livello non cambia A , B con livello finale diverso

Conclusione relativamente a fenomeno glaciale e livello del mare Il livello può aumentare per effetto della fusione dei ghiacciai continentali (alpini, imalaiani, montagne rocciose, ande, groelandesi, antartici…) che immettono attraverso la via fluviale acqua di fusione in mare Il livello può aumentare per effetto della immissione di ghiaccio continentale (groelandese, antartico) che come corpo solido aumenta il volume dell’acqua nella quale viene immesso Il livello non cambia se ghiaccio di origine marina o di origine continentale già presente in mare si trasforma in acqua liquida mediante fusione

Arrivederci !