L'acqua e la gravità
Descrizione
In questa esperienza vedremo come due concetti relativamente semplici (quello di pressione atmosferica e tensione superificiale dell'acqua) porteranno a una situazione controintuitiva.
Intanto discutiamo questi due concetti.
Pressione atmosferica
La pressione atmosferica è il rapporto tra la forza peso della colonna d'aria che grava su di una superficie, presente in un qualsiasi punto dell'atmosfera terrestre. Nella maggior parte dei casi il valore della pressione atmosferica è equivalente alla pressione idrostatica esercitata dal peso della colonna d'aria presente al di sopra del punto di misura e si misura nel sistema internazionale in Pascal e con uno strumento di misura chiamato barometro. La pressione atmosferica normale (o standard) è quella misurata alla latitudine di 45°, al livello del mare e ad una temperatura di 0 °C su una superficie unitaria di 1 cm2, che corrisponde alla pressione di una colonnina di mercurio di 760 mm. In alternativa è possibile affermare che la pressione atmosferica di 1 atm coincide, con buona approssimazione, con la pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 760mm che si trova alla temperatura di 0°C in un luogo in cui l’accelerazione di gravità vale $g=9,80665\frac{m}{s^2}$. Nelle altre unità di misura corrisponde a: $$1 \ \mathrm{atm} = 760 \ \mathrm{mmHg} =$$ $$101325 \ \mathrm{Pa} = 1013,25 \ \mathrm{mbar}$$ Con la diffusione dell'uso del Sistema internazionale anche in ambito meteorologico, la pressione atmosferica si misura in ettopascal (centinaia di Pascal) il cui simbolo è hPa. Dal momento che il millibar equivale all'ettopascal, 1013,25 mbar = 101325 Pa = 1013,25 hPa.
Tensione superficiale dell'acqua
Quando considerate una molecola dentro l'acqua, essa viene sollecitata da tutte le molecole sua vicine in ogni direzione, e la sollecitazione totale è nulla. Quando invece considerate una molecola sulla superificie dell'acqua, le forze che agiscono su quella molecola non sono bilanciate dalle molecole intorno, quindi è come se le altre molecole più interne la “tenessero” con loro. In termini più tecnici, la tensione superficiale è la forza superficiale di coesione tra molecole.
La formula della tensione superficiale è
$$\tau= \frac{F}{L} $$
dove $F$ è la forza esercitata parallelamente alla superficie e $L$ è la lunghezza della linea al di sopra della quale agisce la forza. La tensione superficiale non è un valore costante ma dipende dalla temperatura, dalla pressione e dalla composizione del gas all’interfaccia.
Esperienza
Prendete un bicchiere e fissateci sopra una garza con un elastico (lo dovrete capovolgere e la garza deve restare fissa). Riempite il bicchiere con l'acqua, che riuscirà a passare malgrado la garza. Capovolgete il bicchiere. L'acqua non esce. Infatti la pressione atmosferica e la tensione superficiale dell'acqua sono in grado di contrastare la forza di gravità, e l'acqua non cade.
Questo è il video dimostrativo realizzato dal borsista Lab2Go a.a.2019/2020 Fausto Casaburo:
Strumenti
Strumenti necessari per l'esperimento
| Strumenti necessari | Descrizione |
|---|---|
| Acqua | per riempire il recipiente |
| Recipiente | Per riempiere il bicchiere |
| Bicchiere | su cui bisognarà applicare una garza |
| Garza | permeabile, per permettere all'acqua di passare |
| Elastico | per fissare la garza sul bicchiere |
Realizzazione
Come si fa l'esperimento
- Prendete il recipiente e riempitelo d'acqua;
- Prendete il bicchiere e fissateci la garza attraverso l'elastico;
- Versate l'acqua all'interno del bicchiere facendola passare attraverso la garza;
- Capovolgete il bicchiere e fate la vostra osservazione.
A riprova della forza della tensione superficiale dell'acqua, potete provare a creare un foro con uno stuzzicadenti e osservare che malgrado il foro l'acqua rimarrà confinata all'interno del bicchiere.
Sitografia
| Link | Descrizione |
|---|---|
| Wikipedia | Pressione atmosferica |
| Wikipedia | Tubo di Torricelli |
| Chimica online | Tensione superficiale |
| Youtube | L'acqua che non cade. |
Schede didattiche
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| Schede didattiche | Descrizione |
|---|---|
| Schede didattiche di meccanica | Misura della tensione superficiale dell'acqua |
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