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 |
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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 |
candela | candela che deve galleggiare sull'acqua |
accendino | per accendere la candela |
bicchiere trasparente | serve 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 |
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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:
- Prendete il recipiente.
- Riempitelo di acqua.
- Mettete la candela galleggiante nel recipiente.
- Accendete la candela.
- Copritela con il bicchiere trasparente.
- Aspettate che la candela si spenga.
- Osservate che si è alzato il livello dell'acqua
- Misurate $\Delta h$ con il righello.
Sitografia
La sitografia relativa all'esperimento
Link | Descrizione |
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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.