La nuvola in una bottiglia

Università degli Studi dell'Insubria

                        La nuvola in una bottiglia
Il percorso che facciamo con le scuole primarie al primo anno di incontro prevede un numero di
interventi diverso a seconda della risposta della classe e del punto a cui vogliamo arrivare. Nel caso
in cui il percorso inizi nella terza primaria, abbiamo ipotizzato una sequenza che si snodi attraverso
i 3 anni di primaria dalla terza alla quinta, che si leghi con gli argomenti inseriti nei libri di testo e al
contempo renda il metodo scientifico il modo standard di azione da parte dei bambini e cali gli
argomenti che incontrano a scuola nella loro vita quotidiana. In altre parole, cerchiamo di
mantenere il legame scienza-vita di ogni giorno per appassionare, incuriosire e far sì che i bambini
in maniera autonoma imparino a osservare, farsi delle domande, creare collegamenti tra quello che
abbiamo sperimentato nei diversi momenti; in una sola parola, sviluppino competenze.
La gran parte degli esperimenti si svolge con materiali poveri; tutti i bambini vengono coinvolti sia
nella preparazione che nell'esecuzione dell'esperimento.

Questo breve resoconto “racconta” il percorso che intendiamo fare nelle terze classi di quest'anno e
nelle classi che incontriamo per la prima volta, calandolo ovviamente nello specifico della classe
quando necessario.
Il percorso ha come filo conduttore i 4 elementi: aria, acqua, fuoco e terra. Ogni intervento dura 2
ore circa, e parte sempre con un brainstorming con tutta la classe, che ha lo scopo di creare un
feeling tra chi entra in classe e la classe stessa e di cominciare a solleticare la curiosità. In ogni
intervento cerchiamo di mantenere un filo conduttore specifico legando le singole cose che
facciamo tra loro per dimostrare come i fenomeni in realtà siano spiegabili tramite leggi comuni
(non parliamo di leggi della fisica, ma cerchiamo di identificare dei tratti comuni nei fenomeni
naturali e di far capire come questi tratti comuni in realtà hanno modificato la nostra vita
permettendo la costruzione di oggetti di uso comune).

Intervento 1
Il primo intervento ha diverse chiavi di lettura: creare entusiasmo, cominciare a lavorare seguendo il
metodo scientifico, imparare a collegare tra loro fenomeni apparentemente disgiunti, imparare a
osservare e imparare a sperimentare usando il proprio corpo.
L'argomento scelto è quello dell'elettricità. Il brainstorming si snoda attraverso cos'è l'elettricità,
come si produce, cosa fa funzionare.
I concetti che vengono affrontati nell'intervento sono: i modi di produzione dell'elettricità, la
produzione di elettricità per strofinamento, i fulmini (e quindi le nuvole e il metodo di produzione
dei fulmini), i condensatori (le batterie), i parafulmini, materiali conduttori e isolanti.
In alcune classi, arriviamo alla velocità del suono e della luce e al colore della luce (che leghiamo
alle nuvole e all'arcobaleno).
Gli esperimenti:
    − accensione di una lampadina con l'elettroforo di Volta (polistirolo, cellophan, vaschetta di
        alluminio, lampadina a fluorescenza) → osservazioni:
        • produzione di calore durante lo strofinamento (energia meccanica che si trasforma in
            calore e produce elettricità → servirà poi quando si parla di energia e di trasformazioni
            di energia)
        • durata dell'accensione della lampadina
        • “scossa” quando si tocca la vaschetta di alluminio → i bambini correlano

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           immediatamente questo esperimento alla “scossa” che prendono sulla
           portiera della macchina, con il carrello del supermercato, tra loro nelle giornate ventose
   −   macchina di Wimshurst per la produzione dei fulmini → osservazioni:
       • produzione del fulmine → produzione di cariche per strofinamento, caricamento del
           condensatore (analogia con le nuvole nel caso del temporale), intensità del fulmine con e
           senza i condensatori
       • accensione della lampadina con il fulmine → considerazioni sulle intensità dei fulmini
           nei temporali
       • conducibilità del corpo umano → costruiamo una catena (con i condensatori staccati) e i
           bambini prendono la scossa
       • costruiamo un parafulmine usando degli spilli → osservazione di come il fulmine non si
           vede più con la stessa intensità (scaricamento lento della corrente)
   −   plasma ball → una nuvola in azione:
       • conducibilità del corpo umano → i fulmini si raccolgono sul dito che tocca la palla (→
           osservazione su dove va a finire l'elettricità una volta entrata nel corpo)
       • accensione della lampadina; accensione di lampadine in serie → l'elettricità scorre;
           osservazione di cosa succede se appoggiamo la vaschetta di alluminio dell'elettroforo
           sulla plasma ball
       • materiali conduttori e isolanti → osservazione di cosa succede se tocchiamo la plasma
           ball con un pennarello di plastica → considerazioni sui cavi elettrici
   −   velocità del suono e della luce → si vede prima il lampo o si sente prima il tuono?
       Discussione sulla massima velocità dell'automobile: perché un'automobile non va a 1000
       km/h → attrito delle ruote → si sviluppa calore (come nella produzione di elettricità
       sfregando il polistirolo con il cellophan) → fusione o scoppio delle ruote
   −   colore della luce → osservazione con lo spettroscopio dello spettro di una lampadina a
       incandescenza, del riflesso della luce del sole sulla parete, di una lampadina a fluorescenza:
       • spettro continuo (come nel caso del sole) e spettro a righe (come nel caso delle lampade
           a fluorescenza → osservazione dello spettro delle lampade della classe)
       • correlazione con l'arcobaleno → tutti sanno che l'arcobaleno è il risultato dell'interazione
           della luce del sole con le gocce d'acqua del temporale; considerazioni su altri fenomeni
           di “arcobaleno” (d'estate, in casa, nelle pozzanghere)

Intervento 2
Il secondo intervento riprende i temi del primo nella fase di brainstorming per capire quanto è
rimasto del percorso e riparte da uno degli item clou del primo intervento, le nuvole. Lo scopo di
questo intervento è concentrarsi su aria e acqua toccando alcuni aspetti importanti quali la
pressione, la composizione, i fenomeni legati a acqua e aria. Se non già fatto nell'intervento 1, il
brainstorming comincia dalla composizione e dal peso della nuvola.

Esperimento 1: produzione di una nuvola utilizzando una bottiglia di plastica trasparente con un po'
d'acqua e del fumo da un fiammifero → osservazioni:
    − produzione di vapore acqueo schiacciando la bottiglia → movimento meccanico che
       produce variazione di temperatura (collegato allo strofinio dell'intervento 1) ma
       impossibilità di realizzare una nuvola

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   − utilizzo del fumo di un fiammifero come pulviscolo → per fare una nuvola è
     necessario avere i centri di condensazione

Esperimento 2: produzione di un tornado utilizzando due bottiglie unite attraverso i tappi in cui è
stato praticato un foro; una delle bottiglie contiene dell'acqua → se rovesciamo le bottiglie per far
passare l'acqua da quella superiore a quella inferiore, l'effetto è identico a quello di una clessidra. Se
però imprimiamo all'acqua nelle bottiglie una rotazione (come le nuvole che si muovono in cerchio
grazie ai venti), l'aria riesce a passare dalla bottiglia inferiore a quella superiore generando un
tornado (esattamente come in un tornado l'aria calda sale verso gli strati superiori). Si può anche
osservare l'occhio del tornado guardando all'interno della bottiglia.

Il concetto di aria calda e aria fredda può essere utilizzato per parlare di cosa succede a un gas
scaldandolo e raffreddandolo → esperimento 3: espansione e compressione dei gas:
    − usiamo un contenitore con dell'acqua colorata, dei lumini e un vaso di vetro
    − accendiamo un lumino e mettiamolo sull'acqua, coprendo il tutto con il vaso di vetro →
       osservazioni:
       • formazione di bolle in uscita dal vaso → l'aria esce dal vaso
       • la fiamma si spegne (ossigeno → anidride carbonica)
       • qualche secondo dopo che la fiamma si è spenta (il fatto che passa del tempo è
           importante), l'acqua sale all'interno del vaso di vetro
    − ripetiamo l'esperimento con 2 e 3 lumini → l'acqua sale completamente all'interno del vaso
       (e a quel punto il vaso sembra incollato al fondo del contenitore
    − Spiegazione:
       • la fiamma riscalda l'aria → espansione dei gas dimostrata dalle bolle che escono
       • una volta spenta (scompare l'ossigeno ma si forma anidride carbonica, quindi la
           variazione di volume non basta a spiegare l'acqua che sale!), l'aria si raffredda, il gas si
           comprime, il volume diminuisce → per equilibrare la pressione, l'acqua deve salire nel
           vaso → più lumini ci sono, più il gas si è espanso più volume libero rimane
       • applicazione → i motori in generale e la partenza di un missile (l'aria calda si espande e
           dà la spinta → in una classe interessata, si può parlare di satelliti, del perché non cadono
           sulla terra, di come fanno a rimanere in orbita, di come aggiustano l'orbita, del
           giroscopio)

Questo esperimento introduce l'idea della pressione dell'aria →

Esperimento 4: l'aria occupa spazio → metto un fazzoletto in un bicchiere, rovescio il bicchiere in
un contenitore con dell'acqua → il fazzoletto non si bagna

Esperimento 5: l'aria pesa → prendiamo una lattina di coca cola o equivalente (vuota) e
aggiungiamo dell'acqua; la mettiamo su un fornello finché l'acqua bolle e quindi la lattina è piena di
vapore acqueo. Prendiamo la lattina con una pinza lunga e immergiamola in un contenitore di acqua
fredda → la lattina si restringe di botto. Il vapore acqueo infatti condensa e il resto del gas si
comprime → la pressione dell'aria/acqua esterna è sufficiente a schiacciare la lattina. Nel
brainstorming con la classe sarà interessante ragionare sul perché noi non veniamo schiacciati
dall'aria e su cosa succede quando un sub si immerge nelle profondità del mare

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Esperimento 6: la bottiglia di Torricelli → prendiamo delle bottiglie di plastica e in
ciascuna facciamo un foro a un'altezza diversa. I bambini a coppie riempiono la bottiglia (di
continuo, con un'altra bottiglia e un imbuto) e osservano fino a dove arriva il getto (basta una
misura con un righello). Nel brainstorming dopo la misura, vanno messi insieme i dati ottenuti dalle
diverse coppie per arrivare all'osservazione che il getto che va più lontano è quello più in basso →
somma della pressione dell'aria e dell'acqua

Esperimento 7: l'anidride carbonica è più pesante dell'aria → esperimento in 2 parti:
   − in una bottiglietta di plastica mettiamo del bicarbonato e in un palloncino dell'aceto →
       fissiamo il palloncino al foro della bottiglia e poi rovesciamo l'aceto nella bottiglia stessa →
       il palloncino si gonfia → abbiamo prodotto anidride carbonica
   − dimostriamo che la CO2 pesa più dell'aria → accendiamo un lumino, mettiamo in un
       bicchiere del bicarbonato e aggiungiamo l'aceto → versiamo il gas che si forma e non
       vediamo in un altro bicchiere e poi versiamo il contenuto invisibile di quel bicchiere sul
       lumino → il lumino si spegne perché lo innondiamo di anidride carbonica

La parte finale di questo intervento si lega alla pressione ma questo legame si capirà solo in una fase
successiva perché richiede conoscenze ulteriori (la struttura a molecole della materia). Il
brainstorming stavolta parte dal fatto che alcuni insetti “camminano” sull'acqua e lo scopo è
arrivare alla tensione superficiale.

Esperimento 8: anche in questo caso procediamo con 2 fasi:
   − prendiamo un bicchiere d'acqua e con molta attenzione depositiamo una monetina (tipo le
       vecchie 5 lire) o una graffetta sull'acqua → non affondano → la tensione non è altro che una
       pellicola trasparente dovuta a come le molecole si legano tra loro. Con un batuffolo di
       cotone tocchiamo del detersivo per i piatti e poi la superficie dell'acqua → gli oggetti
       precipitano e non riusciamo più a farli stare in superficie → abbiamo rotto la tensione
       superficiale
   − ripetiamo il tutto con il latte: in un piatto fondo, mettiamo del latte intero e delle gocce di
       colorante alimentare in modo casuale → il colorante non si distribuisce. Rompiamo la
       tensione con il batuffolo imbevuto di detersivo → si formano degli stupendi disegni colorati

Intervento 3
Questo intervento è dedicato alla propagazione del suono, mantenendo il sistema aria/acqua come
punto di riferimento. Il punto a cui vogliamo arrivare è che il suono è un'onda e ha bisogno di un
materiale per propagarsi. Quest'idea, assieme alla luce e alla propagazione della luce, ci porterà
negli anni successivi a definire lo spettro elettromagnetico e a parlare di onde su una scala molto più
ampia.
Nel brainstorming riprendiamo i concetti di pressione e cominciamo a pensare a come sono messe
le molecole nell'aria e nell'acqua → non serve sapere cosa sono le molecole, possiamo identificarle
come delle biglie, ma è importante per capire come si propaga il suono pensare al fatto che esistono.
Nel brainstorming deve anche uscire che la propagazione del suono in uno spazio vuoto (o
praticamente vuoto come lo spazio interstellare) non avviene → l'universo è silenzioso!

Esperimento 1: costruiamo un telefono con 2 bicchieri di plastica e uno spago lungo qualche metro
infilato in un buco nel fondo del bicchiere → tendiamo lo spago e facciamo in modo che, a coppie,

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uno parli e l'altro ascolti (senza guardarsi). Possiamo provare anche con coppie con
lunghezza di spago diversa. La prova va fatta con la corda tesa e con la corda non tesa →
osservazione insieme di cosa succede. Sulla corda più lunga in cui si sente con maggiore difficoltà,
proviamo a bagnare la corda e ad osservare se si sente meglio

Esperimento 2: introduciamo il concetto di frequenza e periodo dell'onda → usiamo un PC con
Soundcard Scope e cambiamo le caratteristiche dell'onda ascoltando con un altoparlante quello che
si sente → suoni gravi e acuti legati alla frequenza dell'onda → capiamo quale range di frequenze
siamo in grado di sentire con il nostro orecchio

Esperimento 3: riprendiamo il discorso della pressione dell'intervento 2, utilizzando 7+7 bottiglie
riempite di una quantità diversa di acqua in modo da creare le 7 note → osserviamo cosa succede se
tocchiamo le bottiglie con un cucchiaino (nel qual caso conta la quantità di acqua) o se soffiamo
(nel qual caso conta la colonna di aria) e leghiamo l'osservazione ai suoni gravi e acuti che abbiamo
sentito nell'esperimento precedente

Esperimento 4: proviamo a sperimentare la propagazione del suono in un mezzo diverso dall'aria.
Usiamo una vaschetta piena di acqua:
   − generiamo un suono (ad esempio due chiavi che sbattono) all'esterno e ascoltiamo
   − generiamo lo stesso suono all'interno della vasca e ascoltiamo con una bottiglia di plastica
       tagliata che ci fa da imbuto rovesciato
   − ripetiamo l'esperimento in acqua ascoltando con l'orecchio appoggiato all'acqua
Nel brainstorming capiamo insieme quando si sente meglio e perché.

Chiudiamo l'intervento con la costruzione del flauto di Pan con le cannucce di plastica.

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