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fisica:esperimenti_a_casa:bicchiere_e_candela

LAB2GO Scienza

Il bicchiere e la candela

Descrizione

In questa esperienza vedremo un'interessante applicazione della legge di Stevino:

$$ p= \rho \cdot g \cdot h $$

dove $p$ rappresenta la pressione di un fluido (che in questo caso per noi sarà l'aria), $\rho$ la sua densità, $g$ l'accelerazione di gravità, $g=9.8 \ m/s^2$, e $h$ rappresenta l'altezza (o la quota) misurata in un opportuno sistema di riferimento. Una trattazione della legge di Stevino è reperibile anche qui.

Per verificare questa legge, prendete un recipiente, riempitelo di acqua e metteteci sopra una candela che galleggi sul pelo dell'acqua. Sull'acqua agisce la pressione atmosferica $p_{atm}$ e l'acqua sta alla stessa quota su tutto il recipiente. Con un bicchiere coprite la candela e aspettate che la candela si spenga, ovvero che il processo di combustione sia terminato. La combustione fa sì che all'interno del bicchiere ci sia una pressione minore rispetto a quella atmosferica: $p_{f} < p_{atm}$. Quindi l'acqua all'interno del bicchiere, essendo sottoposta a una pressione minore, alza il suo livello.

Questo è il video dimostrativo realizzato dal borsista Lab2Go a.a.2019/2020 Fausto Casaburo:

Se misuriamo di quanto si alzata l'acqua rispetto al livello originale, possiamo calcolare il rapporto tra la nuova pressione e la nuova densità.

Ecco i passaggi matematici. Sia la quantità che misuriamo $$\Delta h=h_f-h_i$$ dove $i$ indica la situazione iniziale (in modo che $p_i=p_{atm}$) e $f$ (finale) indica la situazione all'interno del bicchiere dopo che si è consumata l'aria, in modo che all'inizio $p_{i}= \rho_{i} \cdot g \cdot h_i$ e alla fine $p_{f}= \rho_{f} \cdot g \cdot h_f$.

In generale, $h= p/(g\rho)$, quindi

$$\Delta h= \frac{p_f}{g\rho_f}-\frac{p_i}{g\rho_i}= $$ $$\frac{1}{g}(\frac{p_f}{\rho_f}-\frac{p_i}{\rho_i})$$

Di conseguenza possiamo calcolare

$$\frac{p_f}{\rho_f}= g\Delta h + \frac{p_i}{\rho_i} $$

dove $p_i$ è pressione atmosferica, $\rho_i$ la densità dell'aria, $g=9.8 \ m/s^2$ e $\Delta h$ la quantità misurata da voi.

Se trovate un modo per calcolare $\rho_f$ (dalle nozioni di chimica dovrebbe essere possibile), potete poi verificare che $$p_f <p_i$$.

Se trovate un modo per determinare $p_f$ (se per esempio avete un barometro particolarmente piccolo, potete inserirlo nel bicchiere), potete calolcare $\rho_f$

Strumenti

Strumenti necessari per l'esperimento

Strumenti necessari Descrizione
acqua acqua del rubinetto
colorante per l'acqua per colorare l'acqua e osservare meglio il suo aumento di livello (opzionale)
recipiente serve per contenere acqua e candela
candelacandela che deve galleggiare sull'acqua
accendino per accendere la candela
bicchiere trasparenteserve per coprire la candela e osservare che al suo interno il livello dell'acqua sale. Deve essere trasparente per consentirvi di osservare che la candela sia spenta e che si alza il livello dell'acqua
righello per misurare $\Delta h$ ossia di quanto si è alzato il livello dell'acqua (opzionale)

Di seguito strumenti per la verifica della legge

Strumenti Descrizione
Macchina di Pellat Strumento che serve a dimostrare la legge di Stevino
Apparecchio di Pascal Strumento che serve a dimostrare la legge di Stevino

Realizzazione

Come si fa l'esperimento:

  1. Prendete il recipiente.
  2. Riempitelo di acqua.
  3. Mettete la candela galleggiante nel recipiente.
  4. Accendete la candela.
  5. Copritela con il bicchiere trasparente.
  6. Aspettate che la candela si spenga.
  7. Osservate che si è alzato il livello dell'acqua
  8. Misurate $\Delta h$ con il righello.

Sitografia

La sitografia relativa all'esperimento

Link Descrizione
La pappa dolce Esperimento scientifico: una candela che succhia l’acqua
Bimbi Creativi Esperimento: LA CANDELA BIRICHINA
Youtube esperimento con candela + bottiglia + acqua

Schede didattiche

Non ci sono schede didattiche già realizzate inerenti a questo argomento.

fisica/esperimenti_a_casa/bicchiere_e_candela.txt · Ultima modifica: 2020/11/18 13:06 (modifica esterna)