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BOX DI ESPERIMENTI 1.0

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BOX DI ESPERIMENTI 1.0
Materiali, istruzioni, e spiegazioni per la realizzazione di 20 esperimenti scientifici
Italiano
Gratuito per scopi educativi
Richiedi la licenza >>
Autore: Saso Zigon
Consulente: Fedor Tomazic
Redazione e correzione bozze: Peter Avbar, Nidja Tomazic
Traduzione: Paola Mignosi, Mariapia Borghesan, Luca Sarasini
Web page: www.sciencebox.eu
Tavola dei contenuti
Esperimento
1. Può l’aria sostenere l’acqua?
2. Trasporto da un bicchiere all’altro
3. Il serbatoio di acqua
4. Il sifone
5. La campana subacquea
6. La ventosa aspirante
7. Il botto della siringa
8. Il sollevatore idraulico
9. Sparare una pallina
10. Il palombaro cartesiano
11. Perché le navi affondano?
12. La graffetta galleggiante
13. Perché la pallina rimbalza?
14. Il dado che cade
15. L’attrito
16. Il fischietto
17. Il tappo magico
18. Le bolle d’aria
19. La lente d’acqua
20. La forza elettrica
Tieni premuto CTRL e clicca sul link!
2
Istruzioni
Spiegazioni
p. 7
p. 8
p. 9
pp. 10, 11
p. 12
p. 13
p. 14
pp. 15, 16
p. 17
pp. 18, 19
pp. 20, 21
pp. 22, 23
p. 24
pp. 25, 26
pp. 27, 28
pp. 29, 30
pp. 31, 32
pp. 33, 34
p. 35
p. 36
p. 37
p. 38
p. 39
p. 40
p. 41
p. 42
p. 43
p. 44
p. 45
p. 46
p. 47
p. 48
p. 49
p. 50
p. 51
p. 52
p. 53
p. 54
p. 55
p. 56
Materiali:
Un contenitore di plastica (1.0.001)
Un coperchio (1.0.002)
Un tubo di plastica (1.0.003)
Un pezzetto di tubo di plastica (1.0.004)
Due bicchieri di plastica (1.0.005)
Una pipetta o contagocce (1.0.006)
3
Una bottiglia di plastica (1.0.007)
Una ventosa (1.0.008)
Una cannuccia (1.0.009)
Plastilina (1.0.010)
Una pallina di polistirene (polistirolo)
(1.0.011)
Un dado metallico (1.0.012)
4
Una siringa grande (1.0.013)
Una siringa piccola (1.0.014)
Tessuto (1.0.015)
Un batuffolo di cotone (1.0.016)
Un tappo metallico (1.0.017)
Un elastico di gomma (1.0.018)
5
Una forchetta di plastica (1.0.019)
Una graffetta (1.0.020)
Un foglio di plastica (1.0.021)
Uno spago (1.0.022)
6
Esperimento 1.0.1
PUO’ L’ARIA SOSTENERE L’ACQUA?
Materiali: un contenitore di plastica, un bicchiere di plastica, un foglio di plastica
1. Versa l’acqua nel bicchiere arrivando
circa a metà.
3. Solleva il bicchiere, sempre coperto
dal foglio di plastica, e mantieniti sopra il
contenitore.
2. Copri il bicchiere con il foglio di
plastica.
4. Trattieni foglio e bicchiere e gira
sottosopra il bicchiere in modo che il
foglio di plastica rimanga sotto il
bicchiere. Ora non trattenere più il foglio
di plastica. Potrai vedere che l’acqua
non fuoriesce dal bicchiere. Attenzione
però a non strizzare il bicchiere!
Spiegazione >>
7
Esperimento 1.0.2
TRASPORTO DA UN BICCHIERE ALL’ALTRO
Materiali: due bicchieri di plastica, una cannuccia
1. Riempi un bicchiere con acqua.
Posiziona il bicchiere vuoto accanto al
primo.
4. Togli la cannuccia dall’acqua
mantenendo il dito sull’apertura
superiore.
Posiziona ora la cannuccia sopra il
bicchiere vuoto.
2. Inserisci la cannuccia nell’acqua.
5. Solleva il dito. L’acqua scende nel
secondo bicchiere. Ripeti la procedura
più volte.
.
3. Posiziona il dito sulla cima della
cannuccia.
Spiegazione >>
8
Esperimento 1.0.3
IL SERBATOIO DI ACQUA
Materiali: un contenitore di plastica, una bottiglia di plastica
1. Riempi il contenitore di acqua fino a
circa metà.
3. Gira la bottiglia di plastica sottosopra e
mantieni l’apertura della bottiglia nel
contenitore riempito di acqua, come
mostrato in figura. Puoi osservare che
l’acqua non fuoriesce dalla bottiglia.
Spiegazione >>
2. Riempi la bottiglia di acqua.
9
Esperimento 1.0.4
IL SIFONE
Materiali: un contenitore di plastica, una bottiglia di plastica, un tubo di plastica, una
siringa grande, un bicchiere di plastica
1. Gira il contenitore sotto sopra e
disponi il bicchiere di plastica accanto.
2. Riempi la bottiglia di plastica con
acqua e disponila sopra il contenitore.
10
3. Aggancia una estremità del tubo di
plastica sul beccuccio della siringa.
4. Inserisci l’altra estremità del tubo di
plastica all’interno della bottiglia sino a
toccarne il fondo. Riempi il tubo di
plastica con acqua tirando lo stantuffo
della siringa. Il tubo deve essere
completamente riempito di acqua.
5. Trattieni la siringa e il tubo in modo che il
beccuccio della siringa rimanga sopra il
bicchiere.
6. Togli il tubo di plastica dal beccuccio e
inseriscilo immediatamente nel bicchiere.
Non sollevare il tubo di plastica!
11
7. Potrai osservare l’acqua che
fuoriesce dalla bottiglietta e va a
riempire il bicchiere. Questo
dispositivo viene chiamato sifone.
Spiegazione >>
Esperimento 1.0.5
LA CAMPANA SUBACQUEA
Materiali: un contenitore di plastica, un bicchiere di plastica, una pallina di polistirene
1. Riempi il contenitore con acqua e
immergi la pallina.
2. Copri la pallina con il bicchiere di
plastica.
12
3. Spingi delicatamente il bicchiere in
modo che tocchi il fondo.
Puoi vedere che l’acqua non entra nel
bicchiere.
Spiegazione >>
Esperimento 1.0.6
LA VENTOSA ASPIRANTE
Materiali: una ventosa, un contenitore di plastica, uno spago, una graffetta
ATTENZIONE: non cercare di staccare la ventosa tirando l’ansa di metallo, potresti
danneggiarla. Puoi rimuove la ventosa con una graffetta come illustrato in figura.
1. Gira sottosopra il contenitore di
plastica come illustrato in figura. Metti la
ventosa sul fondo del contenitore e fai
pressione.
2. Potrai osservare che la ventosa si è
attaccata al contenitore e potrai
sollevarlo tirano l’ansa della ventosa.
3. Usa la graffetta per rimuovere la
ventosa dal contenitore: disponila
delicatamente sotto la ventosa e aspetta
finché non si allenta. Non rimuovere la
ventosa tirandone l’ansa!
4. Prova a premere la ventosa sul
contenitore dopo aver disposto lo spago
sotto la ventosa. Potrai vedere che la
ventosa non aderisce al contenitore.
Spiegazione >>
13
Esperimento 1.0.7
IL BOTTO DELLA SIRINGA
Materiali: una siringa grande, plastilina
ATTENZIONE: Non Indirizzare la siringa con la
palla verso di voi (o verso altre persone), perché
la pallina potrebbe essere sparata con forza.
1. Prendi la siringa grande e spingi lo
stantuffo in modo che fuoriesca tutta
l’aria.
.
4. Indirizza la siringa lontano da te o da
altre persone. Tira lo stantuffo al
massimo e rilascialo.
2. Crea con le tue mani una pallina di
plastilina.
5. Quando rilasci lo stantuffo, esso
ritorna immediatamente alla sua
posizione iniziale. Quando lo stantuffo
colpisce il fondo della siringa causa un
“BANG” e per di più, la pallina può
essere sparata con forza.
3. Disponi la pallina sul beccuccio della
siringa.
14
Spiegazione >>
Esperimento 1.0.8
IL SOLLEVATORE IDRAULICO
Materiali: un contenitore di plastica, il tappo del contenitore, un tubo di plastica, una
siringa grande, una siringa piccola
1. Riempi il contenitore con acqua fino a
raggiungere la metà.
3. Inserisci bene il beccuccio della
siringa grande nel tubo di plastica.
2. Riempi la siringa grande con acqua
estraendo al massimo lo stantuffo.
4. Spingi lo stantuffo della siringa grande
in modo da riempire perfettamente il tubo
con acqua. Fai attenzione: dell’acqua
deve rimanere nella siringa.
15
5. Tira e spingi più volte lo stantuffo della
siringa piccola per agevolarne lo
scorrimento. Dopo aver tolto tutta l’aria
dalla siringa piccola, metti l’estremità
libera del tubo di plastica sul beccuccio
della siringa piccola.
7. Disponi il contenitore, riempito di
acqua e coperto con il proprio coperchio,
sul bordo della scrivania in modo che
circa 2 cm fuoriescano dal tavolo di
appoggio. Disponi lo stantuffo della
siringa grande sotto il contenitore come
mostrato in figura. Attenzione a non
muovere la mano!
6. Hai così creato un sistema di due
siringhe collegate tra loro da un tubo di
plastica. Spingi lo stantuffo di una siringa
e cerca di trasferire l’acqua da una
siringa all’altra.
8. Mentre spingi lo stantuffo della siringa
piccola: il contenitore si dovrebbe
sollevare. Hai appena costruito un
modello di sollevatore idraulico.
Spiegazione >>
16
Esperimento 1.0.9
SPARARE UNA PALLINA
Materiali: una pallina di polistirene (polistirolo), una bottiglia di plastica
ATTENZIONE: non dirigere la pallina
verso di te o altre persone.
1. Metti la pallina sull’imboccatura della
bottiglia. Con un dito colpisci più volte,
delicatamente, la pallina. Non usare
troppa forza perché potresti danneggiare
la pallina oppure potresti farla entrare
nella bottiglia.
2. Inizia a comprimere delicatamente la
bottiglia con entrambe le mani.
17
3. Quando la bottiglia è sufficientemente
compressa, la pallina viene sparata dalla
bottiglia. Stai attento a non indirizzare la
pallina verso di te o verso altre persone.
Spiegazione >>
Esperimento 1.0.10
IL PALOMBARO CARTESIANO
Materiali: un contenitore di plastica, una pipetta (contagocce), una bottiglia di
plastica con tappo
2. Disponi la pipetta nella bottiglia
tenendo la parte di gomma verso l’alto.
1. Riempi la bottiglia con acqua e
inseriscila nel contenitore.
3. Avvita bene il tappo sulla bottiglia.
18
4. Preleva la bottiglia e disponila sulla
scrivania.
5. Comprimi delicatamente la bottiglia.
Potrai vedere che la pipetta scende.
Rilasciando la bottiglia, la pipetta torna a
galla. Puoi ripetere l’esperimento
utilizzando una bottiglia più grande.
Spiegazione >>
19
Esperimento 1.0.11
PERCHE’ LE NAVI AFFONDANO?
Materiali: un contenitore di plastica, plastilina, una siringa grande
3. Immergi la pallina nell’acqua. Puoi
vedere che la pallina affonda.
1. Versa l’acqua nel contenitore
arrivando circa a metà.
2. Utilizza le tue mani per creare una
piccola pallina di plastilina.
20
4. Preleva dall’acqua la pallina di
plastilina e rimodellala creando una
piccola barchetta (simile ad una piccola
ciotola).
5. Disponila delicatamente sulla
superficie dell’acqua. Potrai vedere ora
che galleggia.
6. Riempi la siringa grande con acqua.
Premi lo stantuffo e riempi gradualmente
la barchetta con acqua.
21
7. Quando la barchetta viene riempita
adeguatamente con acqua, essa
affonda.
Spiegazione >>
Esperimento 1.0.12
LA GRAFFETTA GALLEGGIANTE
Materiali: un contenitore di plastica, una graffetta, una forchetta di plastica
NOTA: L’esperimento non riesce se vi sono tracce di detersivo sul contenitore di
plastica, sulla forchetta oppure sulla graffetta.
1. Versa l’acqua nel contenitore
arrivando circa a metà.
2. Disponi la graffetta sul bordo della
forchetta di plastica come mostrato in
figura.
22
3. Immergi molto lentamente e
delicatamente la forchetta e la graffetta
nell’acqua.
5. Se osservi da vicino la graffetta potrai
vedere che la graffetta non rompe lo
strato superficiale dell’acqua.
Spiegazione >>
4. Fai fuoriuscire dall’acqua, lentamente,
la forchetta, facendo attenzione a non
toccare la graffetta. Potrai vedere che la
graffetta galleggia sulla superficie
dell’acqua e non affonda, come ci si
potrebbe aspettare.
23
Esperimento 1.0.13
PERCHE’ LA PALLINA RIMBALZA
Materiali: una pallina di polistirene, plastilina
1. Modella con le tue mani una piccola
pallina di plastilina.
4. Potrai vedere che la pallina di
polistirolo rimbalza mentre la pallina di
plastilina non riesce a rimbalzare.
2. La pallina modellata deve avere
dimensioni simili alla pallina di polistirolo.
5. Osserva bene le palline dopo aver
svolto l’esperimento. Potrai osservare
che la pallina di plastilina si è deformata
mentre la pallina di polistirolo è rimasta
inalterata.
3. Fai cadere le palline simultaneamente
da un’altezza opportuna.
24
Spiegazione >>
Esperimento 1.0.14
IL DADO CHE CADE
Materiali: una bottiglia di plastica, un dado metallico, una siringa grande
NOTA: Il seguente esperimento richiede una grande dose di pazienza poiché
difficilmente riesce al primo tentativo. Non rinunciare e vedrai che riuscirai.
1. Estrai completamente lo stantuffo
dalla siringa. Per questo esperimento
avrai bisogno solo dello
stantuffo.
2. Disponi la bottiglia riempita di acqua
sul banco.
25
3. Metti lo stantuffo nel collo della
bottiglia. Dirigi uno dei quattro lati dello
stantuffo nella tua direzione. Lo stantuffo
deve essere in posizione completamente
verticale come mostrato in figura.
4. Disponi il dado metallico sulla cima
dello stantuffo, come mostrato in figura.
5. Usa l’indice della tua mano per dare
un colpetto, orizzontalmente, al lato dello
stantuffo. Se sei fortunato, il dado cade
nella bottiglia attraverso il collo della
bottiglia. La riuscita dell’esperimento
dipende da diversi fattori. È importante
che tu metta lo stantuffo in perfetta
posizione orizzontale e che tu colpisca lo
stantuffo nel modo corretto. Vi sono
comunque altri fattori implicati. Prova e
riprova e vedrai che ce la farai.
Spiegazione >>
26
Esperimento 1.0.15
L’ATTRITO
Materiali: un contenitore di plastica, il coperchio del contenitore, un elastico, una
ventosa
1. Premi la ventosa su uno dei lati esterni
del contenitore.
2. Inserisci l’elastico sull’ansa della
ventosa.
3. Trascina il contenitore vuoto sul banco
utilizzando il tuo dito indice. Ti accorgerai
che l’elastico non si tende in modo
eccessivo dimostrandoti che c’è poco
attrito tra il contenitore e il banco.
27
4. Versa l’acqua nel contenitore in modo
che sia mezzo pieno e coprilo con il suo
coperchio.
5. Trascina sul banco, in modo continuo,
il contenitore. Ti accorgerai che questa
volta l’elastico è più teso. Sai perché?
Spiegazione >>
28
Esperimento 1.0.16
IL FISCHIETTO
Materiali: un contenitore di plastica, una bottiglia di plastica, una siringa grande
1. Riempi la bottiglia con acqua.
2. Fai fuoriuscire completamente lo
stantuffo dal cilindro della siringa. Per
questo esperimento ti servirà solo questo
cilindro.
3. Usa il tuo mignolo per chiudere il
beccuccio della siringa come illustrato in
figura.
29
4. Travasa l’acqua dalla bottiglia al
cilindro. Fai attenzione a svolgere questo
passaggio posizionandoti sopra un
contenitore.
5. Togli il dito e soffia delicatamente sulla
cima del cilindro mentre l’acqua
fuoriesce. Sentirai un suono che
gradualmente diminuirà di intensità. Puoi
dire perché?
Spiegazione >>
30
Esperimento 1.0.17
IL TAPPO MAGICO
Materiali: una bottiglia di plastica, un tappo metallico, un contenitore di plastica
1. Versa l’acqua nel
arrivando circa a metà.
contenitore 3. Riprendi la bottiglia vuota, rinfrescata,
e disponila sul banco.
2. Disponi la bottiglia vuota nell’acqua
per un minuto. L’aria nella bottiglia si 4. Bagna il tuo dito con acqua e
raffredderà.
inumidisci l’imboccatura della bottiglia.
31
5. Bagna il tappo metallico
immergendolo nel contenitore.
6. Disponi il tappo bagnato sull’apertura
della bottiglia, come mostrato in figura.
7. Poni ora le tue mani asciutte e calde
intorno alla bottiglia. Non stringere la
bottiglia. Assicurati che il tappo copra
tutta l’imboccatura della bottiglia. Potrai
notare che il tappo si solleva. Se
l’esperimento non riesce assicurati che il
tappo metallico copra bene tutta
l’imboccatura oppure cerca di raffreddare
meglio la bottiglia con acqua corrente.
Puoi raffreddare la bottiglia anche
mettendovi dell’acqua all’interno. Devi
inoltre assicurarti che il collo della
bottiglia e il tappo siano sufficientemente
bagnati.
Spiegazione >>
32
Esperimento 1.0.18
LE BOLLE D’ARIA
Materiali: un contenitore di plastica, un coperchio, una siringa grande, una bottiglia
di plastica, un pezzo di tubo di plastica
3. Aggancia un’estremità del tubo di
plastica al beccuccio della siringa
grande. Il tubo fungerà come estensione
della siringa.
1. Riempi il bicchiere con acqua e
disponilo in un angolo del
contenitore.
2. Tira al massimo lo stantuffo della
siringa. La siringa non deve contenere
acqua.
33
4. Disponi la siringa sul bordo del
contenitore e l’estremità del tubo di
plastica immerso in acqua come
mostrato in figura. Se l’estremità del tubo
di plastica non è sotto la superficie
dell’acqua, puoi incurvarlo leggermente.
5. Tieni il cilindro della siringa con la tua
mano calda e asciutta. Potrai vedere
bolle d’aria fuoriuscire dal tubo. Non
stringere troppo forte il cilindro.
6. Quando le bolle d’aria non fuoriescono
più dal tubo, puoi provare il processo
inverso. Versa acqua fredda sul cilindro
della siringa. Potrai vedere che l’acqua
del bicchiere entra nella siringa.
Spiegazione >>
34
Esperimento 1.0.19
LA LENTE D’ACQUA
Materiali: un bicchiere di plastica, un foglio di plastica, una pipetta
3. Versa una goccia di acqua sul foglio di
plastica.
1. Riempi il bicchiere con acqua.
2. Riempi la pipetta utilizzando l’acqua
del bicchiere.
4. Trasposta il foglietto di plastica con la
goccia versata su di un giornale. Varia la
distanza tra foglio di plastica e il testo del
giornale. Vedrai che la goccia d’acqua
ingrandisce le lettere.
Spiegazione >>
35
Esperimento 1.0.20
LA FORZA ELETTRICA
Materiali: una bottiglia di plastica, tessuto, un batuffolo di cotone
1. Strofina la bottiglia di plastica con il
tessuto per almeno 50 volte.
3. Porta la bottiglia vicino al batuffolo.
Vedrai che la bottiglia attrae il cotone. Se
questo non avviene, strofina la bottiglia
per un numero maggiore di volte o
utilizza un pezzetto più piccolo di cotone.
Spiegazione >>
2. Strappa un piccolo batuffolo di cotone,
ma non farne una pallina.
36
Esperimento 1.0.1
PUO’ L’ARIA SOSTENERE L’ACQUA?
Spiegazione 1:
Lo strato di aria che ci sovrasta ha uno spessore di circa 100 Km ed ha un peso
notevole anche se non ci abbiamo mai pensato.
L’acqua dovrebbe vincere il peso di 100 km di aria che la sovrasta, per poter uscire
dal bicchiere. L’aria potrebbe sembrare leggera, ma non è così! Infatti battere una
colonna di aria di 100 km è abbastanza difficile. L’acqua nel bicchiere è incapace di
fare un tale sforzo.
Spiegazione 2:
Osserviamo il foglietto di plastica per spiegare questo esperimento. Due forze
agiscono su di esso in direzioni opposte: la forza peso dell’acqua, e il peso del foglio
di plastica. Se ci fossero solo queste forze in gioco allora il foglio cadrebbe e lo
stesso farebbe l’acqua. Poiché questo non avviene, supponiamo allora che esista
un’altra forza che agisce sul foglio di plastica, diretta verso l’alto.
Questa forza agisce sul foglio, perché l’aria intorno a noi ha anch’essa un peso.
Sappiamo che lo spessore dell’aria che circonda la terra è di circa 100 Km ed
esercita una spinta su ogni oggetto sulla terra. Questa forza spinge in ogni direzione,
quindi anche l’aria spinge verso l’alto il foglietto sotto il bicchiere. Questa forza è
chiamata la forza della pressione dell’aria.
La forza che agisce sull’unità di superficie viene chiamata pressione (P) da cui la
formula P=F/S. La pressione atmosferica, calcolata con valori medi della densità
dell’atmosfera, equivale a 1,033 kg/cm2 .
Torna all’esperimento >>
37
Esperimento 1.0.2
TRASPORTO DA UN BICCHIERE ALL’ALTRO
Spiegazione 1:
Lo strato di aria che ci sovrasta ha uno spessore di circa 100 Km ed ha un peso
notevole anche se non ci abbiamo mai pensato.
L’acqua dovrebbe vincere il peso di 100 km di aria che la sovrasta, per poter uscire
dalla cannuccia. L’acqua nella cannuccia è incapace di tale sforzo, a meno che si
apra l’apertura sopra la cannuccia ed agisca la forza peso dell’aria anche dall’alto.
Questo avviene quando si apre l’apertura superiore togliendo il dito.
Spiegazione 2:
Per spiegare questo esperimento osserviamo l’acqua nella cannuccia. Il peso
dell’acqua presente nella cannuccia è diretto verso il basso. Se agisse solo questa
forza allora l’acqua cadrebbe. Consideriamo allora che esista una forza, che agisce
sull’acqua, diretta verso l’alto. Questa è la forza dell’aria che deriva dal peso dell’aria.
Sappiamo che lo spessore dell’aria che circonda la terra è di circa 100 Km ed
esercita una forza su ogni oggetto sulla terra. Questa forza spinge in ogni direzione,
quindi anche l’aria spinge verso l’alto l’acqua nella cannuccia. Questa forza è
chiamata la forza della pressione dell’aria.
Quando il dito lascia l’apertura della cannuccia, la forza della pressione dell’aria
agisce sull’acqua anche dall’alto. Queste due forze dovute all’aria, una diretta verso il
basso e una diretta verso l’alto, si annullano. In conclusione, l’unica forza che agisce
sull’acqua della cannuccia risulta la forza peso dell’acqua, che agisce verso il basso.
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38
Esperimento 1.0.3
IL SERBATOIO DI ACQUA
Spiegazione 1:
Lo strato di aria che ci sovrasta ha uno spessore di circa 100 Km. L’acqua dovrebbe
vincere il peso di 100 km di aria che la sovrasta, per poter uscire dalla bottiglia. L’aria
potrebbe sembrare leggera, ma non è così! Infatti battere una colonna di aria di 100
km è abbastanza difficile. L’acqua nella bottiglia è incapace di compiere un tale
sforzo a meno che dell’aria entri nella bottiglia, per esempio sottoforma di bolle d’aria.
Questo avviene quando solleviamo leggermente la bottiglia fuori dall’acqua.
Spiegazione 2:
Per spiegare questo esperimento osserviamo l’acqua nella bottiglia. Due forze
agiscono sull’acqua della bottiglia: la forza peso dell’acqua presente nella bottiglia e
la forza peso dell’aria.
Quando un po’ di acqua fuoriesce dalla bottiglia, la pressione dell’aria nella bottiglia
diminuisce fino a valori più bassi della pressione dell’aria fuori dalla bottiglia.
La forza della pressione dell’aria, presente fuori dalla bottiglia, impedisce all’acqua
nella bottiglia di fuoriuscire. Gli apicoltori utilizzano il metodo qui descritto negli
alveari quando nutrono le api con sciroppo di zucchero durante l’inverno.
Torna all’esperimento >>
39
Esperimento 1.0.4
IL SIFONE
Spiegazione 1:
Probabilmente non ti sei sorpreso nel vedere l’acqua fuoriuscire dal tubo di plastica.
Questo accade a causa del peso dell’acqua. Dovresti esserti però sorpreso
osservando che l’acqua può anche andare nel senso opposto. Questo accade
perché l’acqua che scorre attraverso il tubo di plastica trascina con sé l’acqua della
bottiglia. Gli strumenti che sfruttano questo principio vengono chiamati sifoni.
Spiegazione 2:
L’acqua nel tubo di plastica viene spinta verso il basso (verso il bicchiere) dalla forza
gravitazionale. Come risultato di questa azione, la pressione del tubo di plastica
decresce e causa la fuoriuscita dell’acqua dalla bottiglia. Gli strumenti che sfruttano
questo principio vengono chiamati sifoni.
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40
Esperimento 1.0.5
LA CAMPANA SUBACQUEA
Spiegazione 1:
L’aria presente dentro il bicchiere occupa uno spazio e non permette all’acqua di
entrare. L’aria si comprime solo poco mentre si spinge il bicchiere.
Una campana subacquea è una camera, simile ad un grande bicchiere, immersa
nell’acqua. Le persone possono lavorare sotto tale campana fino a quando vi è aria
sufficiente.
Spiegazione 2:
L’acqua entrerebbe nella campana solo se l’aria venisse prima fatta fuoriuscire.
Questo non accade perché l’aria non ha spazio dove andare. L’aria è intrappolata nel
bicchiere sotto la superficie dell’acqua.
Una campana subacquea è una camera, simile ad un grande bicchiere, immersa
nell’acqua. Le persone possono lavorare sotto tale campana fino a quando vi è aria
sufficiente.
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41
Esperimento 1.0.6
LA VENTOSA ASPIRANTE
Spiegazione 1:
Il peso dell’aria sopra di noi comprime ogni oggetto sulla terra. Quando una ventosa
viene compressa su una superficie liscia, l’aria non può esercitare nessuna forza
dall’interno ma solo dall’esterno. La ventosa rimane dunque aderente alla superficie
fintanto che l’aria non penetra all’interno. Questo avviene se spingiamo una graffetta
sotto la ventosa.
Spiegazione 2:
Quando comprimiamo una ventosa su una superficie liscia, facciamo fuoriuscire
l’aria. Poiché la ventosa è un oggetto elastico, essa tende a riacquisire la sua forma
originale se nessuna forza esterna agisce su di essa. Lo spazio sotto di essa si
riduce e, di conseguenza, la pressione dell’aria dentro la ventosa scende sotto il
livello della pressione esterna. La pressione dell’aria esterna spinge la ventosa con
forza maggiore rispetto alla pressione interna. Come risultato, la ventosa “si incolla”
alla superficie. Disponendo la graffetta tra la ventosa e la superficie, la pressione
interna e quella esterna si stabilizzano. Le forze che agiscono sulla ventosa, interne
ed esterne, si equivalgono e la ventosa non riesce più ad aderire alla superficie.
Anche utilizzando uno spago, disposto sotto la ventosa, essa non può aderire alla
superficie poiché non si riesce ad instaurare una differenza di pressione tra interno
ed esterno.
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Esperimento 1.0.7
IL BOTTO DELLA SIRINGA
Spiegazione 1:
Lo strato di aria che ci sovrasta è di circa 100 km. Il peso dell’aria esercita una forza,
diretta verso il basso, su ogni oggetto presente sulla Terra e quindi esercita una forza
anche sullo stantuffo. Se il beccuccio della siringa non è coperto con plastilina, l’aria
spinge da entrambe le parti dello stantuffo e non ci accorgiamo di questa pressione.
Pertanto possiamo muovere senza difficoltà lo stantuffo avanti e indietro. Non
appena disponiamo la plastilina sul beccuccio, non permettiamo all’aria di entrare e,
in questo caso, l’aria spinge lo stantuffo solo in una direzione. Quando spingiamo lo
stantuffo nella direzione opposta possiamo “sentire” la forza della pressione
atmosferica. Quando rilasciamo lo stantuffo esso ritorna immediatamente nella sua
posizione originale e crea un piccolo botto.
Spiegazione 2:
Lo strato di aria che ci sovrasta è di circa 100 km. Il peso dell’aria esercita una forza,
diretta verso il basso, su ogni oggetto presente sulla Terra e quindi esercita una forza
anche sullo stantuffo. Questa forza è chiamata pressione atmosferica. Quando il
beccuccio della siringa non è coperto con plastilina, le forze che agiscono da
entrambe le parti si equivalgono. Come risultato, esse si annullano e non ci
accorgiamo della loro esistenza quando tiriamo o spingiamo lo stantuffo. Possiamo
sentire solo l’attrito tra lo stantuffo e le pareti della siringa. Se invece mettiamo della
plastilina sul beccuccio, l’aria non vi entra più e non esercita nessuna forza: la
pressione atmosferica, quindi, agisce solo da una parte dello stantuffo. Tirando lo
stantuffo, in questo caso, contrastiamo sia l’attrito sia la forza della pressione che
agisce dal retro dello stantuffo. Questa forza è notevole ed il “bang”, che si sente al
rilascio dello stantuffo, ne è la prova. Il “bang” è causato dalla pressione atmosferica
che porta lo stantuffo velocemente nella sua posizione iniziale.
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Esperimento 1.0.8
IL SOLLEVATORE IDRAULICO
Spiegazione 1:
Quando spingi lo stantuffo della siringa, la pressione nell’acqua aumenta. Questa
pressione fa sì che lo stantuffo della siringa più grande si muova. Il movimento dello
stantuffo della siringa grande causa il sollevamento del contenitore. Maggiore è la
differenza di dimensioni degli stantuffi più è agevolato il sollevamento del contenitore.
Spiegazione 2:
Un ascensore idraulico è composto da due stantuffi connessi attraverso un tubo. Il
tubo è generalmente riempito di olio, ma nel nostro caso abbiamo utilizzato l’acqua.
Quando spingiamo lo stantuffo piccolo, la pressione nell’acqua aumenta. Questo
aumento di pressione viene trasmesso, attraverso l’acqua, allo stantuffo grande.
L’acqua agisce sullo stantuffo grande con una forza maggiore di quella che
esercitiamo sullo stantuffo minore. Possiamo facilmente sollevare un’automobile con
un sollevatore idraulico e, altrettanto facilmente, fermare un’auto in corsa utilizzando
freni idraulici. Le presse idrauliche vengono comunemente utilizzate per la
lavorazione dei metalli o per la pressa dell’uva.
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Esperimento 1.0.9
SPARARE UNA PALLINA
Spiegazione 1:
Se schiacciamo un pallone gonfiato, esso di solito scoppia nel punto più debole e
l’aria fuoriesce rapidamente. Nel nostro esperimento non schiacciamo un pallone, ma
una bottiglia. La bottiglia non scoppia, ma si apre nel punto più debole (quello dove la
pallina copre la bottiglia). Quando la bottiglia si apre, l’aria compressa fuoriesce
velocemente dalla bottiglia e spara la pallina verso l’alto.
Spiegazione 2:
La pallina di polistirolo chiude ermeticamente il collo della bottiglia. Quando noi
cominciamo a schiacciare la bottiglia, la pressione dell’aria, al suo interno, aumenta.
Poiché la pressione aumenta, la forza che agisce sulla pallina aumenta allo steso
modo. All’inizio la forza non è sufficiente per superare la forza dell’attrito statico tra il
peso della pallina e il collo della bottiglia. Tuttavia, se noi continuiamo a schiacciare
la bottiglia, la forza che agisce sulla pallina aumenta ancora e supera le forze citate
fino a sparare in alto la pallina.
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45
Esperimento 1.0.10
IL PALOMBARO CARTESIANO
Spiegazione 1:
Una pipetta riempita di aria è più leggera di una pipetta riempita di acqua, di
conseguenza la pipetta galleggia fintanto che è riempita di aria. Quando
comprimiamo la bottiglia, l’acqua entra nella pipetta e la rende più pesante. Quando
la pipetta è sufficientemente riempita di acqua scende in profondità sino a toccare il
fondo. L’esperimento è chiamato il DIAVOLETTO DI CARTESIO in onore del filosofo,
matematico e fisico francese René Descartes du Perron Cartesius.
Spiegazione 2:
La pipetta è costituita da gomma, vetro e dall’aria presente nel tubo. La densità
dell’acqua è maggiore della densità media della pipetta e quindi la pipetta galleggia.
Tutti gli oggetti galleggiano sull’acqua se hanno una densità minore dell’acqua.
Quando noi stringiamo la bottiglia, la pressione all’interno aumenta e spinge l’acqua
dentro la pipetta. L’aria nella pipetta si compatta perché l’aria è comprimibile. Dato
che c’è più acqua nella pipetta, la sua densità aumenta e quindi affonda. Quando
smettiamo di stringere la bottiglia, la pressione diminuisce, l’aria nella pipetta si
decomprime e spinge fuori l’acqua. La pipetta è ora meno densa dell’acqua e sale in
superficie. Questo esperimento si chiama il DIAVOLETTO DI CARTESIO in onore del
matematico, filosofo e fisico René Descartes du Perron Cartesius.
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Esperimento 1.0.11
PERCHÉ LE NAVI AFFONDANO?
Spiegazione 1:
Gli oggetti affondano nell’acqua se sono più densi di essa. Al contrario gli oggetti
galleggiano in acqua se sono meno densi dell’acqua. La plastilina è più densa
dell’acqua e quindi affonda. L’aria, invece, è meno densa dell’acqua e così galleggia.
Poiché la pallina è formata solo da plastilina, essa affonda. La barca invece, è fatta di
plastilina, ma anche dall’aria che c’è all’interno, così galleggia. Tuttavia non appena
versiamo dell’acqua nella barca, l’aria viene sostituita dall’acqua che è più densa e la
barca quindi affonda.
Spiegazione 2:
Gli oggetti affondano nell’acqua se sono più densi dell’acqua. Al contrario, gli oggetti
galleggiano se sono meno densi dell’acqua. La plastilina è più densa dell’acqua e
perciò affonda. L’aria, invece, è meno densa dell’acqua. Dato che la pallina è formata
da plastilina, essa affonda. La barca invece, è fatta di plastilina, ma anche dell’aria
che c’è all’interno, così galleggia. La densità media della barca è minore di quella
dell’acqua, di conseguenza, la barca galleggia. Quando versiamo acqua nella barca,
le gocce di acqua sostituiscono l’aria e la densità della barca aumenta. Quando c’è
abbastanza acqua nella barca essa risulta formata da plastilina e acqua. La densità
della barca è ora maggiore della densità dell’acqua, quindi la barca affonda.
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ESPERIMENTO 1.0.12
LA GRAFFETTA GALLEGGIANTE
Spiegazione 1:
L’acqua è formata da piccole particelle chiamate molecole. Queste particelle sono
attratte le une dalle altre e creano una pellicola leggera e trasparente sulla superficie
come se “si tenessero per mano”. Se l’oggetto appoggiato sulla superficie dell’acqua
è abbastanza leggero, esso galleggia sulla pellicola e non affonda. Questo fenomeno
si può osservare tra gli insetti che riescono a “camminare sull’acqua” (I Gerridi o
insetti pattinatori).
Spiegazione 2:
L’attrazione elettrica fra le molecole dell’acqua fa sì che la superficie dell’acqua si
comporti come una leggera pellicola. Questo fenomeno si chiama tensione
superficiale. Quando noi mettiamo un oggetto sulla superficie dell’acqua, esso
normalmente rompe questa pellicola di molecole d’acqua. Se noi appoggiamo un
oggetto sulla superficie dell’acqua molto lentamente e attentamente, esso può non
rompere la pellicola e così l’oggetto galleggia. L’oggetto deve essere abbastanza
leggero in modo che la forza di gravità non superi l’attrazione elettrica tra le molecole
di acqua. Questo fenomeno può essere osservato tra gli insetti che riescono a
“camminare sull’acqua” (I Gerridi o insetti pattinatori).
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Esperimento 1.0.13
PERCHE’ LA PALLINA RIMBALZA?
Spiegazione 1:
Entrambe le palline subiscono una certa deformazione durante l’impatto. Dopo
l’impatto la pallina di polistirolo ritorna alla sua forma iniziale e questo la fa
rimbalzare. La pallina di plastilina, invece, non ritorna alla sua forma iniziale e perciò
non rimbalza.
Spiegazione 2:
Ci sono oggetti elastici e non elastici. Un oggetto elastico si deforma in seguito ad
una forza esterna. Tuttavia esso ritorna alla sua forma iniziale quando la forza
esterna non viene più applicata. Un oggetto non elastico, invece, rimane deformato
anche dopo che la forza esterna non viene più applicata. La pallina elastica di
polistirolo ritorna alla sua forma iniziale dopo l’impatto e questo causa il suo rimbalzo.
La pallina di plastilina è un oggetto non elastico e la sua deformazione è
permanente, la pallina di conseguenza non rimbalza. L’esperimento può essere
spiegato anche dal punto di vista dell’energia. Quando la pallina di polistirolo colpisce
il banco, le sue energie, elastica ed interna, aumentano. Quando, ad un certo punto,
la pallina si ferma, l’energia elastica inizia a trasformarsi in energia cinetica. La
pallina perciò rimbalza. L’energia elastica della pallina di plastilina, invece, non
aumenta durante l’impatto. Così solo la sua energia interna cresce e la pallina non
rimbalza.
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49
Esperimento 1.0.14
IL DADO CHE CADE
Spiegazione 1:
La Terra attrae tutti gli oggetti verso il suo centro, ovvero verso il basso lungo la
verticale. Il dado rimane fermo fintanto che lo stantuffo lo tiene. Quando noi diamo un
colpetto, la Terra attira il dado verso il basso, lungo la verticale. Il dado perciò cade
nella bottiglia. La riuscita dell’esperimento dipende da un certo numero di fattori:
dobbiamo dare il colpettino nella giusta direzione, usare la giusta forza (né troppo
forte, né troppo piano) ecc. Se sarai abbastanza tenace avrai successo.
Spiegazione 2:
Un oggetto è in uno stato di riposo o si muove di moto rettilineo uniforme se le forze
che agiscono su di esso si bilanciano. Negli altri casi l’oggetto accelera. La forza
gravitazionale agisce sul dado metallico con direzione verticale verso il basso e la
forza dello stantuffo agisce sul dado con la stessa intensità, ma in direzione verticale
verso l’alto. Le due forze si annullano e il dado di conseguenza è fermo. Appena noi
colpiamo lo stantuffo, la forza che esercitava cessa immediatamente di agire. La
forza gravitazionale perciò è l’unica forza che agisce sul dado e, di conseguenza, il
dado accelera verso il centro del nostro pianeta e finisce nella bottiglia. La riuscita
dell’esperimento dipende da un certo numero di fattori: dobbiamo dare il colpettino
nella giusta direzione, usare la giusta forza (né troppo forte, né troppo piano) ecc. Se
sarai abbastanza tenace avrai successo.
.
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Esperimento 1.0.15
L’ATTRITO
Spiegazione 1:
L’attrito si oppone allo scorrimento tra due oggetti. Per spingere o tirare gli oggetti più
pesanti è richiesta una grande forza, perché l’attrito tra un oggetto e la superficie è
maggiore. Semplificando i concetti, possiamo dire che l’attrito è un modo di sfregare
una superficie su un’altra. Nel nostro esperimento il contenitore sfrega contro il piano
ruvido. Più il contenitore è pesante e più si nota lo sfregamento contro il piano.
Spiegazione 2:
L’attrito è una forza che si oppone allo scorrimento di un oggetto sopra un altro. La
forza di attrito ha direzione opposta al movimento dell’oggetto. Dato che le superfici
non sono perfettamente lisce, un oggetto in movimento sfrega contro la superficie e
di conseguenza si produce un attrito. L’intensità dell’attrito dipende dall’intensità della
forza che l’oggetto esercita sulla superficie e dalla ruvidità delle due superfici. Nel
nostro esperimento, il contenitore di plastica preme sul tavolo con il suo peso. Il
risultato dell’esperimento mostra che l’attrito è proporzionale al peso del contenitore.
Infatti, la maggior tensione dell’elastico, quando si tira il contenitore pieno di acqua,
indica che è tirato con maggior forza. Questo significa che la forza d’attrito è
maggiore.
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51
Esperimento 1.0.16
Il FISCHIETTO
Spiegazione 1:
Quando si soffia sulla sommità del cilindro, l’aria interna viene messa in vibrazione.
L’esperimento mostra che l’altezza del suono prodotto dipende dalla lunghezza della
colonna d’aria nel cilindro. Quando nel cilindro c’è più acqua (la colonna d’aria è
minore) il suono è più alto. Al contrario, quando c’è meno acqua (la colonna d’aria è
più lunga) il suono è più basso. Quando l’acqua gradualmente esce dal cilindro, la
colonna d’aria si allunga e il suono, lentamente, si abbassa. Quasi tutti gli strumenti
ad aria sono formati da un tubo (come il cilindro), nel quale viene fatta vibrare l’aria.
La frequenza della vibrazione è determinata dalla lunghezza del tubo.
Spiegazione 2:
Il suono è prodotto quando un oggetto (un corpo vibrante) vibra. Compressioni (aree
di alta pressione) e rarefazioni (aree di bassa pressione) si formano negli strati di aria
intorno all’oggetto che vibra. Queste compressioni e rarefazioni si allontanano in tutte
le direzioni. L’alternarsi di compressioni e rarefazioni è quello che noi percepiamo
come suono. Se si soffia sulla sommità del cilindro, l’aria all’interno viene fatta vibrare
regolarmente. Questo avviene perché l’aria, che entra nel cilindro, interferisce con
l’aria respinta dalla superficie dell’acqua sull’altro lato del cilindro. Questo crea
un’onda d’aria verticale. La frequenza (velocità) delle vibrazioni dipende dalla
lunghezza del tubo. L’aria vibra con una frequenza maggiore (più veloce) nei tubi più
corti, rispetto a quelli più lunghi. Un’alta frequenza di vibrazioni dell’aria significa
anche un’alta frequenza del suono che sentiamo. Quando l’acqua gradualmente
esce dal cilindro, la colonna d’aria si allunga e, di conseguenza, il suono è più basso.
Quasi tutti gli strumenti ad aria sono formati da un tubo, nel quale una colonna di aria
viene fatta vibrare. La frequenza della vibrazione è determinata dalla lunghezza del
tubo.
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52
Esperimento 1.0.17
IL TAPPO MAGICO
Spiegazione 1:
Se gli oggetti vengono riscaldati, si espandono. Lo stesso vale per l’aria nella
bottiglia. Appena si mettono le mani attorno alla bottiglia, l’aria all’interno inizia a
scaldarsi. Se l’aria si espande, si spinge fuori della bottiglia e alza il tappo.
Spiegazione 2:
Quasi tutti gli oggetti si dilatano quando vengono scaldati. Solidi, liquidi e gas si
dilatano quando vengono riscaldati. Il calore provoca l’espansione dell’aria se,
naturalmente, c’è spazio per l’espansione. Quando l’aria, all’interno della bottiglia, si
riscalda dovrebbe espandersi. Tuttavia il tappo sull’apertura della bottiglia impedisce
all’aria di farlo, così la pressione nella bottiglia inizia ad aumentare. All’aumentare
della pressione, aumenta anche la forza che agisce sul tappo e può vincerne il peso.
Di conseguenza il tappo sale.
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53
Esperimento 1.0.18
LE BOLLE D’ARIA
Spiegazione 1:
Quando noi mettiamo le mani attorno al cilindro, l’aria all’interno inizia a scaldarsi. Il
calore causa la dilatazione dell’aria. Di conseguenza l’aria esce dalla siringa sotto
forma di bolle d’aria. Al contrario, se si raffredda l’aria nella siringa, essa si contrae e
aspira un po’ d’acqua dal bicchiere.
Spiegazione 2:
Quando mettete le mani intorno al cilindro, il calore delle vostre mani si trasferisce al
cilindro e poi all’aria all’interno di esso. Questo provoca il riscaldamento dell’aria. Il
calore fa espandere l’aria e, di conseguenza, un po’ di aria esce dalla siringa sotto
forma di bolle. Al contrario, se noi raffreddiamo l’aria nel cilindro, essa si contrae e
quindi la pressione, nella siringa e nel tubetto, decresce. Come risultato, la pressione
esterna dell’aria spinge l’acqua dentro il tubetto.
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54
Esperimento 1.0.19
LA LENTE D’ACQUA
Spiegazione 1:
Noi vediamo gli oggetti perché la luce riflessa da loro raggiunge i nostri occhi. Se non
ci sono ostacoli, la luce viaggia in linea retta e noi vediamo gli oggetti nella loro
grandezza reale. Se c’è un materiale trasparente tra l’oggetto e i nostri occhi, la luce
può cambiare direzione passando attraverso quel materiale. In tal caso, noi non
vediamo la grandezza reale o la forma esatta dell’oggetto. Se il materiale trasparente
è curvo, come una goccia d’acqua, si produce un’immagine più grande dell’oggetto.
Spiegazione 2:
Quando la luce attraversa un oggetto trasparente viene rifratta, ovvero cambia la sua
direzione. Se la luce riflessa dall’oggetto raggiunge i nostri occhi dopo essere stata
rifratta, essa distorce l’immagine dell’oggetto. Noi possiamo vedere l’oggetto più
grande o più piccolo di quello che è in realtà. Quando la luce, riflettendosi dalle
lettere sulla carta, passa attraverso la goccia d’acqua, cambia la sua direzione (viene
rifratta). Noi non vediamo l’esatta grandezza delle lettere, ma le vediamo ingrandite.
Le lenti nei binocoli, microscopi, telescopi (e altre applicazioni ottiche) sono tutte
basate sul principio della rifrazione della luce.
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55
Esperimento 1.0.20
LA FORZA ELETTRICA
Spiegazione 1:
Quando strofini la bottiglia con il cotone, tu carichi elettricamente tutti e due i corpi. Il
fatto che questi corpi esercitino una forza su altri oggetti prova che la bottiglia e il
cotone sono ora in uno stato diverso. Questa forza è conosciuta come forza elettrica.
Può essere sia attrattiva sia repulsiva. La bottiglia attrae (tira) l’ovatta con una forza
elettrica. Poiché la massa del cotone è piccola, una piccola forza elettrica è
sufficiente a muovere l’ovatta o a farla aderire alla bottiglia.
Spiegazione 2:
Quando strofini la bottiglia con il cotone, si caricano elettricamente tutti e due i corpi.
Il fatto che questi corpi esercitino una forza verso gli oggetti nelle loro vicinanze
prova che ora bottiglia e cotone siano in un diverso stato. Gli oggetti possono essere
carichi positivamente, negativamente o essere neutri (carica = una piccola quantità di
elettricità). Se nessuna delle cariche è in eccesso, l’oggetto è neutro. Due oggetti
carichi negativamente si respingono. Allo stesso modo si respingono due oggetti
carichi positivamente. Un oggetto carico negativamente attrae, invece, un oggetto
carico positivamente e uno positivo attrae un altro negativo. In altre parole, oggetti
con cariche elettriche opposte si attraggono. Il batuffolo di cotone è un oggetto
neutro. L’esperimento mostra che un oggetto carico può attrarre anche un oggetto
neutro. Questo è possibile perché la vicinanza di un oggetto carico induce le cariche
a spostarsi. In questo modo l’oggetto neutro avrà da una parte più cariche negative e
dall’altra più cariche positive (nel suo complesso è neutro). La bottiglia di plastica
attira la parte dell’ovatta che ha una carica opposta alla sua. Questo è il motivo per
cui, l’intero pezzo di ovatta si muove verso la bottiglia. Siccome la massa dell’ovatta
è piccola, una piccola forza elettrica è sufficiente a far muovere o aderire il cotone
alla bottiglia.
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56
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