Giochiamo con l'elettricità statica .semplici giocattoli .con spesa irrisoria - Liceo Scientifico Arturo Tosi
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Giochiamo con
l’elettricità statica
.....semplici giocattoli....
.....con spesa irrisoria!!!
scienza in gioco 1
Prima di cominciare.
• Non vi scoraggiate se alcune esperienze non riusciranno al primo colpo o
non daranno i risultati aspettati.
• L’elettrostatica è una scienza capricciosa.
• Quando si ha a che fare con potenziali che sono dell’ordine di migliaia di
volt, bisogna rivedere alcune idee e convinzioni che ci siamo fatti nella
pratica quotidiana, dove abbiamo a che fare, al massimo, con tensioni di
220 V.
• Il concetto di isolante e conduttore a queste tensioni va ricalibrato tenendo
presente che:
l’aria, se umida, diventa un buon conduttore. Quindi nelle giornate con una
umidità relativa superiore al 70% le esperienze riescono male od affatto.
materiali come la carta, il cotone, etc, si possono comportare come
conduttori;
alcuni materiali plastici possono essere conduttori;
lo sporco ed il grasso agiscono come conduttori;
minime asperità, od anche granelli di polvere, su superfici metalliche
possono innescare il cosiddetto “effetto corona” per cui non riusciamo ad
accumulare cariche elettriche e raggiungere le tensioni desiderate.
• Sappiate che anche una piccola macchina elettrostatica può raggiungere
potenziali di alcune decine di migliaia di volt, del tutto innocui perché le
correnti in gioco sono dell’ordine dei microampère.
scienza in gioco 2
La corsa delle lattine......
scienza in gioco 3
scienza in gioco 4
Bacchetta magica
http://www.youtube.com/watch?v=05QxeWeTQSE
scienza in gioco 5
Bacchetta magica
......molto più semplice
scienza in gioco 6
Cosa fare
Piegare in quattro il foglio di carta e tagliare in modo da ottenere una
stella;
Fare un buco nel piano di legno, infilare il bastoncino di legno e
appoggiare, sulla punta libera, la stella;
Strofinare una cannuccia con un panno di lana e muoverla a fianco ad
una punta della stella senza toccarla .
Cosa osservare
Si potrà notare che la stella ruota secondo i movimenti della cannuccia.
Cosa accade
La cannuccia si elettrizza di cariche negative e acquista la capacità di
attirare a sé le cariche positive della carta: ecco perchè la stella
segue i movimenti della cannuccia.
scienza in gioco 7
Giostra elettrostatica
• http://www.youtube.com/watch?v=N1j1RrPqt6A#t=79
scienza in gioco 8
Costruire una giostrina ad elettricità statica
Occorrente:
un bicchiere di plastica,
una matita ben appuntita,
carta bianca e colorata,
ago e filo da cucito,
un tovagliolino di carta,
una cannuccia.
Esecuzione:
Infilare la matita nel bicchiere di plastica per posizionarla in piedi,
ritagliare un quadrato di carta, piegarlo in quattro, scontornarlo per
dargli una specie di forma tonda, appenderci con l'ago e il filo piccoli
animaletti di carta come nella foto.
scienza in gioco 9
Elettroscopio
• http://www.youtube.com/watch?v=V2h59o8fKlE
• http://www.youtube.com/watch?v=bOQJHz6wK_4
• http://www.youtube.com/watch?v=iPEXEijk9YI
scienza in gioco 10scienza in gioco 11
Campana di Franklin
• http://www.youtube.com/watch?v=psPydZA2-3c
• http://www.youtube.com/watch?v=Fr2KEck2xdY
scienza in gioco 12scienza in gioco 13
scienza in gioco 14
Grandine elettrostatica
scienza in gioco 15• Fare due fori in corrispondenza del fondo e del
coperchio
• Fare passare dai fori due pezzi di filo elettrico
spelato alle estremità
• Fissarli con una goccia di attack
• Incollare sul fondo e sotto il coperchio due fogli
di alluminio in modo che siano a contatto con i
fili
• Inserire nella scatola una decina di palline
piccole di polistirolo
• Attaccare una macchina elettrostatica al filo
inferiore e tenere con una mano il filo superiore
• Le palline rimbalzano furiosamente fra i due
elettrodi!!
scienza in gioco 16Ragno di Franklin
scienza in gioco 17• Costruire un “ragno” con un tappo di sughero e
fili di lana
• Passare per il baricentro del ragno un filo di
cotone di 20 cm
• Appendere ad un supporto di ferro isolato da
terra
• Collegare il supporto di ferro ad una macchina
elettrostatica
• Osservare cosa succede al ragno
• Perchè?
scienza in gioco 18Giocattoli ..........
.......magnetici.........
scienza in gioco 19Bussola
• http://www.youtube.com/watch?v=hloss5vjBYY
scienza in gioco 20• Si trasforma un corpo ferromagnetico in un
magnete permanente!
• Dopo aver strofinato uno dei poli di una calamita
sulla punta di un ago, sempre nello stesso
verso, si osserva che l'ago può attrarre piccoli
pezzetti di ferro.
• L'ago disposto su un supporto galleggiante si
orienta nello stesso modo dei magneti
permanenti galleggianti o di una bussola.
• L'ago é diventato un magnete permanente,
ossia si é magnetizzato in modo permanente.
scienza in gioco 21• ...Questa "meraviglia" si manifesta quando una
esperienza entra in conflitto con un mondo di concetti già
sufficientemente stabile in noi.
• Ogniqualvolta sperimentiamo in modo aspro e intenso
un simile conflitto, il nostro mondo intellettuale reagisce
in modo decisivo. Lo sviluppo di questo mondo
intellettuale è in un certo senso una continua fuga dalla
"meraviglia".
• Provai una meraviglia di questo genere all’età di 4 o 5
anni, quando mio padre mi mostrò una bussola. Il fatto
che quell’ago si comportasse in quel certo modo non si
accordava assolutamente con la natura dei fenomeni
che potevano trovar posto nel mio mondo concettuale di
allora, tutto basato sull’esperienza diretta del "toccare".
• Ricordo ancora che questa esperienza mi fece un
impressione durevole e profonda. DIETRO ALLE COSE
DOVEVA ESSERCI UN CHE DI PROFONDAMENTE
NASCOSTO.
scienza in gioco
• Tratto dall’autobiografia scientifica di Albert Einstein22Magneti e Poligoni regolari
• http://www.youtube.com/watch?v=7xuBhz4HXAU
• Perchè i magneti si dispongono così?
scienza in gioco 23Pendolo magnetico caotico
http://www.youtube.com/watch?v=1Z9zb-gq-ZQ
La base del giocattolo è divisa in sei campi che corrispondono a
differenti situazioni su di un campo da calcio. Abbiamo cosi: gol,
punizione, angolo, fallo, fuori e fuorigioco. Sotto ciascun campo
è nascosto un magnete, come pure nella palla. La base della
palla e i poli rivolti verso l'alto dei magneti nella base sono dello
stesso segno. La palla "evita" di fermarsi su un qualsivoglia
magnete. Il moto della palla sopra i magneti è completamente
caotico. A volte si ha l'impressione che la palla voglia fermarsi
sopra uno dei campi, tuttavia dopo un attimo viene attirata sopra
un altro campo etc. Previsioni teoriche su quale campo sceglierà
la palla, sono praticamente impossibili.
Anche una piccolissima variazione della posizione iniziale
della palla porta ad un risultato diverso, cosa che è una
caratteristica del moto caotico. La teoria del caos ha trovato
applicazioni in molte discipline scientifiche, come la
meteorologia o la finanza.
scienza in gioco 24• Il movimento del pendolo magnetico dipende da molti fattori, come
l'attrito (può essere aumentato se il pendolo è sommerso in un
liquido), dalla forza di gravità (che cambiano la direzione relativa se
cambia il posizionamento verticale del pendolo), dalla forza
attraente o respingente dei magneti (magneti differenti che hanno
resistenze e configurazioni leggermente diverse e cosi non si
comportano mai esattamente con la stessa forza).
• Controlliamo dopo numerosi lanci dove si arresta il pendolo, se
lanciato "esattamente" dalla stessa posizione. Allora cambiamo la
posizione iniziale ed iniziamo ancora. Otterremo un'immagine
piacevole.
• L'immagine qui è l'immagine "bandiera" della ricerca su caos. È
denominato attrattore di Lorenz o effetto - farfalla, poiché assomiglia
ad una farfalla reale. La linea non ritorna mai sul suo percorso
precedente e le traiettorie sono separate.
• Entrambe le immagini appartengono al categoria chiamato "frattali",
poiché si compongono di più piccole frazioni che assomigliano
all'immagine intera. Un esempio di frattale è il cavolfiore comune,
poiché si compone di fiori più piccoli, che sono copie di quello intero.
scienza in gioco 25Motore elettrico
• http://www.youtube.com/watch?v=CoXboA8Ax7Q
• http://www.youtube.com/watch?v=noF5q4-77XI
scienza in gioco 26Magnete in caduta libera
• http://www.focus.it/scienza/il-magnete-in-un-tubo-di-rame-che-sfida-la-forza-di-gravita_C7.aspx
• http://www.youtube.com/watch?v=qVUa39wYZfk
• Il magnete genera un campo magnetico intorno a sè,
che risulta determinante per osservare il fenomeno
descritto.
• Quando si inserisce il magnete nel tubo di rame, che è
un ottimo conduttore di elettricità, il campo magnetico
crea della corrente elettrica sulla superficie del tubo,
detta corrente di Foucault, o corrente parassita.
• A sua volta, però, questa corrente ha effetto sul
magnete. In particolare, genera una forza su di esso
diretta verso l'alto, tale da opporsi, in parte, a quella di
attrazione gravitazionale. Il risultato è vedere il
magnetino cadere molto lentamente rispetto a quanto
avverrebbe senza il tubo di rame.
• ....legge di Lenz
scienza in gioco 27• Un modo leggermente diverso di vedere la questione riguarda
l'energia in gioco.
• Senza tubo di rame, il magnetino posto a una certa altezza dal
tavolo possiede una certa energia potenziale, data dal campo
gravitazionale terrestre. Si tratta di energia in qualche modo
immagazzinata nel magnete, e che può essere trasformata.
• Se si lascia cadere il magnetino, l'energia potenziale accumulata si
trasforma gradualmente in energia cinetica, cioè in energia dovuta
alla velocità dell'oggetto. Alla fine, tutta l'energia potenziale è
diventata cinetica e il magnete tocca il tavolo alla massima velocità.
• Se lo si lascia cadere nel tubo di rame, dalla stessa altezza del caso
precedente, possiede in partenza la stessa energia potenziale. Ora,
però, deve utilizzare parte di essa per aumentare l'energia cinetica,
e quindi aumentare la velocità, e parte per generare le correnti di
Foucault.
• E' chiaro quindi che, rispetto a prima, una quota inferiore di energia
è disponibile per contribuire all'aumento di velocità.
• Risultato: le velocità raggiunte dal magnete in questo caso sono
inferiori e appare rallentato.
scienza in gioco 28Cannone di Gauss
http://www.youtube.com/watch?v=32tI2Sq1Ano
http://www.youtube.com/watch?v=zZmCJ5eZlmo
http://www.youtube.com/watch?v=4DklWNz3QM8
scienza in gioco 29• Alcuni magneti sono montati su una guida metallica. Si
prepara il primo magnete (M) mettendo, su un suo lato,
due palline (A) e (B) in fila.
• Essa viene attirata violentemente contro il magnete,
perché avvicinandola subisce un campo magnetico
molto intenso, e quindi una forza attrattiva proporzionale.
La pallina (1) sbatte sul magnete, e si ferma, ma
l'energia che aveva viene trasmessa sotto forma di
vibrazione attraverso il magnete e la pallina (A) fino alla
pallina (B) sull'altro lato.
• la pallina (B) riesce effettivamente a muoversi in avanti,
sfuggendo all'attrazione magnetica. Il motivo è che,
grazie alla presenza della pallina (A), essa si trova più
lontana dal magnete, e quindi in un campo magnetico
meno intenso, di quanto non fosse la pallina (1). Allora
l'energia che (B) riceve è maggiore di quella necessaria
a sfuggire al campo magnetico, e riesce addirittura a
ripartire con una certa velocità.
scienza in gioco 30Levitazione magnetica
• http://www.youtube.com/watch?v=HkGM5v6n33I
• http://www.youtube.com/watch?v=vYonIwPJrVo
• http://www.electroyou.it/forum/viewtopic.php?f=14&t=337
56&start=10
• http://www.youtube.com/watch?v=U0piSfRq0nM
• http://www.youtube.com/watch?v=utuEGmol-_Q
• http://www.supermagnete.de/projects/pu3231.pdf
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