Il Principio di Funzionamento Aiutare gli Studenti a Imparare qualcosa dall'Esperimento Schiacciare una Lattina di Alluminio
L'aria che ti circonda esercita, su di te e su qualsiasi altro oggetto, una pressione pari a 101 kPa (14,7 libbre per pollice quadrato) al livello del mare. Una pressione simile, da sola, sarebbe sufficiente a schiacciare una lattina, o persino una persona! Tutto ciò non si verifica perché l'aria presente all'interno della lattina di alluminio (o il materiale contenuto nel tuo corpo) esercita una spinta verso l'esterno con la stessa pressione e perché, inoltre, la pressione atmosferica "si annulla", esercitando una spinta equivalente da ogni direzione. Quando l'acqua contenuta nella lattina raggiunge la temperatura di ebollizione, inizierà ad evaporare sotto forma di piccole gocce o di vapore acqueo. Per fare spazio alla nuvola di gocce d'acqua in espansione, parte dell'aria contenuta all'interno della lattina verrà spinta all'esterno.  Pur perdendo parte dell'aria contenuta al suo interno, la lattina per il momento non si schiaccerà, dato che il vapore acqueo che ha preso il posto dell'aria eserciterà a sua volta una pressione dall'interno. In linea generale, tanto più si riscalda un liquido o un gas, tanto più questo tenderà a espandersi. Qualora un contenitore chiuso non gli permetta di continuare a espandersi, il contenuto eserciterà una pressione ancora maggiore. Quando la lattina viene capovolta nell'acqua ghiacciata, le sue condizioni cambiano sotto due punti di vista. In primo luogo, il passaggio dell'aria all'interno della lattina non è più possibile, dato che la sua apertura viene ostruita dall'acqua. In secondo luogo, il vapore acqueo contenuto all'interno della lattina inizia a raffreddarsi rapidamente. Il vapore acqueo fa quindi ritorno al suo volume originale, ossia alla piccola quantità d'acqua presente inizialmente sul fondo della lattina. L'interno della lattina diventa, di colpo, quasi interamente vuoto, senza nemmeno aria! L'aria, che continua a esercitare una pressione dall'esterno, all'improvviso non trova più nulla che opponga resistenza dal lato opposto e riesce quindi a schiacciare la lattina verso l'interno. Uno spazio senza nulla al suo interno viene chiamato vuoto. Oltre allo schiacciamento della lattina stessa, la comparsa all'interno della lattina di un vuoto, ossia di uno spazio che non contiene nulla, provoca anche un altro effetto. Osserva con attenzione la lattina man mano che la immergi nell'acqua e la risollevi. Potresti notare una piccola quantità d'acqua che viene risucchiata all'interno della stessa, per poi gocciolare ancora una volta all'esterno. Questo fenomeno è causato dalla pressione dell'acqua, che esercita una spinta contro l'apertura della lattina, ma con una forza tale da riuscire a riempire solo parte di essa prima che l'alluminio venga schiacciato. Raccogli le loro opinioni su quanto accaduto alla lattina. Per il momento, non confermare o smentire nessuna delle risposte ricevute. Accetta ciascuna teoria e domanda agli studenti di motivare il loro ragionamento. Chiedi loro di ideare nuovi esperimenti per verificare le loro idee e domanda loro cosa pensano che succederà, prima di effettuare il nuovo esperimento. Qualora avessero problemi ad elaborarne uno, aiutali. Ecco un paio di varianti che potrebbero essere d'aiuto:  Se uno studente pensa che l'acqua (non il vapore acqueo) contenuto all'interno della lattina sia responsabile dello schiacciamento, fai riempire agli studenti una lattina intera con dell'acqua, per controllare se viene schiacciata o meno. Effettua lo stesso esperimento con un contenitore più robusto. Un materiale più pesante richiederà più tempo per essere schiacciato, dando così più tempo all'acqua ghiacciata per riempire il contenitore. Fai raffreddare la lattina per un breve lasso di tempo, prima di immergerla nell'acqua ghiacciata. All'interno della lattina ci sarà più aria, portando così a uno schiacciamento meno drastico. Utilizza le informazioni presenti nella sezione del principio di funzionamento per spiegare agli studenti il motivo per cui la lattina si accartoccia. Domanda loro se questa spiegazione corrisponde con quanto avevano immaginato nel corso dei loro esperimenti. Sciacqua la lattina, lasciando circa 15-30 ml (1-2 cucchiai) di acqua sul fondo. Se non hai a disposizione un dosatore, è sufficiente versare abbastanza acqua da coprire il fondo della lattina. Riempi una scodella con acqua fredda e ghiaccio, o con acqua messa in frigorifero a raffreddare. Per rendere più semplice l'esperimento potrebbe essere consigliabile, anche se non necessario, utilizzare una scodella abbastanza profonda da poter contenere la lattina. Una scodella pulita renderà inoltre più facile osservare il processo di schiacciamento della lattina. Nel corso dell'esperimento dovrai riscaldare la lattina di alluminio fino a far bollire l'acqua contenuta al suo interno, per poi spostarla rapidamente. Tutti i presenti dovrebbero indossare un paio di occhiali antispruzzo per proteggersi da eventuali schizzi di acqua calda. Avrai bisogno anche di un paio di pinze, per afferrare la lattina bollente senza scottarti e capovolgerla nella scodella di acqua ghiacciata. Prova ad afferrare la lattina con le pinze, per assicurarti di essere in grado di sollevarla con fermezza. Continua unicamente sotto supervisione di un adulto. Sistema la lattina di alluminio in verticale su un fornello, a fuoco basso. Porta l'acqua ad ebollizione e lascia che fuoriesca dalla lattina, facendo bollicine e rilasciando il vapore acqueo per circa trenta secondi.  Se senti un odore strano o metallico, procedi immediatamente con il passaggio successivo. L'acqua potrebbe essere evaporata completamente o la temperatura potrebbe essere stata eccessiva, provocando la fusione dell'inchiostro o dell'alluminio della lattina. Se i tuoi fornelli non sono in grado di sorreggere una lattina di alluminio, è possibile utilizzare una piastra, oppure tenere la lattina sollevata sul fornello usando un paio di pinze dal manico termoresistente. Impugna le pinze con il palmo della mano rivolto verso l'alto. Solleva la lattina con le pinze, quindi capovolgila e immergila nella ciotola con l'acqua fredda. Preparati al forte rumore della lattina che si accartoccia rapidamente!
Scopri come funziona la pressione atmosferica. Immagina quello che succede quando la lattina d'acqua viene riscaldata. Comprendi il motivo per cui la lattina si schiaccia. Osserva attentamente la lattina per scoprire un ulteriore aspetto dell'esperimento. Chiedi agli studenti di spiegare il motivo per cui la lattina si schiaccia. Aiuta gli studenti a elaborare alcune varianti dell'esperimento. Spiega la teoria su cui si fonda l'esperimento. Versa un po' di acqua in una lattina di alluminio vuota. Prepara una scodella di acqua ghiacciata. Prepara un paio di occhiali antispruzzo e delle pinze. Scalda la lattina sui fornelli. Usa le pinze per capovolgere la lattina bollente nell'acqua fredda.
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