Esperimenti con l’aria
Esperimento n.1: l’aria, in quanto contenente ossigeno, permette la combustione
Materiale occorrente: un bicchiere o un barattolo di vetro, una piccola candela, un accendino.
Accendiamo la candela e chiediamo ad un bambino di soffiare molto lentamente sulla fiamma.
Quello che dobbiamo ottenere è che la fiamma non si spenga, ma che sia evidente che il soffio ne modifica la forma: trarremo con i bambini la conclusione che l’aria nelle vicinanze della fiamma viene modificata dal nostro soffio.
Se con il bicchiere copriamo la candela, dopo un po’ osserveremo che la fiamma si è spenta. Se invece lasceremo un piccolo spiraglio, la fiamma non si spegnerà.
Chiediamo ai bambini, “Perché?”
La conclusione da trarre è uno dei componenti dell’aria è stato consumato nel bicchiere e questo consumo non permette alla combustione di continuare. Diremo ai bambini che questo componente è l’ossigeno: esso che era presente nell’aria intrappolata dal bicchiere è stato consumato dalla fiamma per il processo di combustione.
Quindi il miglior modo per spegnere un incendio è togliere ossigeno, per esempio con una coperta!
(L'acqua ha due effetti sulla combustione: raffredda e toglie ossigeno. In pratica abbassa la temperatura di ciò che sta bruciando diminuendo la vivacità delle fiamme e, grazie alla produzione di una gran quantità di vapore acqueo che si espande in tutte in tutte le direzioni, allontana l’ossigeno e soffoca le fiamme, ma in molti casi l’acqua (quando per esempio si sviluppa un incendio nelle vicinanze di un impianto elettrico) l’acqua è invece controindicata.
Esperimento n.2: l’aria, occupa uno spazio anche se non la vediamo
Materiale occorrente: un bicchiere di plastica trasparente, un pezzo di carta, una bacinella per l’acqua
Spesso se ci chiedono cosa c’è in un bicchiere vuoto la risposta è niente, invece, questa esperienza ci insegnerà che nel bicchiere vuoto c’è aria e che l’aria occupa uno spazio.
Prendiamo quindi un bicchiere di plastica trasparente e posizioniamo sul fondo del bicchiere un pezzo di carta incastrandolo in modo che se rovesciamo il bicchiere la carta non cade. Chiediamo:
“Cosa c’è nel bicchiere?”
Riempiamo la bacinella di acqua e immergiamo il bicchiere con l’apertura verso il basso cercando di essere il più possibile perpendicolari: immergiamo tutto il bicchiere, fino al fondo per qualche secondo e poi tiriamolo fuori sempre lasciando la bocca aperta verso il basso.
Asciughiamo il bicchiere sul bordo e giriamolo: la carta è asciutta!
Chiediamo ai bambini “come è possibile?” Poniamo la domanda suggerendo che il bicchiere non è realmente vuoto. Cosa c’è nel bicchiere? L’aria! e questa ha impedito all’acqua di entrare e di bagnare la carta.
Quindi anche se non la vediamo, l’aria è ovunque.
Diciamo ai ragazzi di riscrivere l’esperienza fatta sul quaderno di scienze, disegnandola e descrivendola.
Esperimento n.3 L’aria tende ad occupare tutto lo spazio disponibile, ma si può comprimere e tende a dilatarsi:
Materiale occorrente: Una scatola di siringhe grandi senza ago
Prendiamo una siringa e tiriamo in fuori il pistone senza toglierlo completamente. Facciamo notare come questa operazione non richieda particolare forza.
Per prima cosa tappiamo con un dito la parte aperta e cerchiamo di spingere in dentro il pistone.
Faremo notare, in questo caso, come sia necessaria una forza maggiore e come non sia possibile svuotare completamente la siringa.
L’aria che è presente nella siringa è stata compressa, ma è una condizione instabile, infatti lasciando il pistone esso viene spinto dall’aria che si dilata.
Tutti i gas, e quindi anche quelli presenti nell’aria, tendono ad espandersi e ad occupare tutto lo spazio disponibile.
Esperimento n.4: l’aria è una miscela di gas
Materiale occorrente per ognuno dei 4 gruppetti in cui divideremo la classe: fogli A4: 10 azzurri, 3 rossi e 1 bianco. Il colore dei fogli è relativo, scegliete voi i colori a seconda della disponibilità, è però importante che siano diversi e che i colori dell’azoto e dell’argon (relativamente poco importanti) siano colori chiari, poco evidenti, mentre i colori dell’ossigeno e dell’anidride carbonica siano evidenti.
L'aria rappresenta un elemento essenziale per la vita sulla Terra. È un elemento sempre presente, ma del quale non ci rendiamo conto se non quando essa si manifesta muovendo, toccando, sbattendo su oggetti. La percepiamo sensorialmente quando il nostro corpo ne sente il movimento attraverso la pelle, quando ci arriva il suono o il rumore dell'ambiente circostante e quando un profumo o un cattivo odore vengono sparsi nell'ambiente. In classe quarta i ragazzi dovrebbero cominciare a pensare all’aria in termini delle funzioni che essa svolge.
Ciò che faremo, è rappresentare l’aria in termini delle percentuali relative dei gas che la compongono. Parleremo di molecole dei gas, un concetto che approfondiremo meglio nella classe quinta, ma che possiamo introdurre qui nei termini (seppur imprecisi) di costituente della materia.
Diremo che l’aria è un miscuglio di molecole di diversi gas: non è formata di un solo componente, ma da tanti diversi elementi che ne caratterizzano le proprietà.
Possiamo utilizzare questa attività per introdurre le percentuali che rappresentano uno degli obiettivi della classe quarta, oppure parleremo in termini di numero di molecole di un determinato gas ogni 100 molecole considerate.
Per prima cosa scriviamo sulla lavagna la composizione dell’aria con a fianco dei pallini o dei quadretti dei colori definiti come di seguito:
78% azoto N2 (oppure 78 molecole di azoto ogni 100 molecole considerate) 21% ossigeno O2 (oppure 21 molecole di ossigeno ogni 100 molecole considerate) 0.9% argon Ar (oppure 0.9 molecole di argon ogni 100 molecole considerate)
0.03% anidride carbonica CO2 (oppure 0.03 molecole di CO2 ogni 100 molecole considerate) 0.07% altri gas (oppure 0.07 molecole di gas ogni 100 molecole considerate)
Prendiamo un barattolo: realizzeremo una rappresentazione della composizione dell’aria.
Dividiamo la classe in 4 gruppetti.
Tagliamo in 8 ognuno dei fogli A4 e disponiamone sulla cattedra 4 pile con 78 foglietti azzurri, 21 rossi, ed 1 bianco precedentemente diviso in 100 parti. Faremo notare che i fogli sono 100 e che, almeno per l’azoto e l’ossigeno, abbiamo preparato per ogni gas un numero di fogli come riportato dalla percentuale sulla lavagna.
Chiederemo ai ragazzi dei 4 gruppetti di appallottolare i 78 fogli azzurri dell’azoto, i 21 rossi dell’ossigeno e di metterli nel barattolo.
Una volta che abbiano riempito il barattolo, devono concentrarsi sull’ultimo foglio, quello bianco diviso in 100 parti e che rappresenta l’1%
dei gas rimasti da considerare: argon, anidride carbonica e altri gas.
Coloreremo 90 dei 100 quadretti in cui abbiamo diviso il foglio di giallo a rappresentare l’argon (0.9%), 3 di verde acceso a rappresentare l’anidride carbonica (0.03%) e lasceremo bianchi gli ultimi 7 (gli altri gas 0,07%).
Facciamo appallottolare anche questo foglio cercando di lasciare la parte verde colorata all’esterno in modo che si possa riconoscere.
Abbiamo ora la rappresentazione della miscela di gas che compongono l’aria che ci circonda.
Facciamo un brainstorming e scriviamo sulla lavagna a cosa serve l’aria: a respirare, alla vita, a far crescere le piante, a far bruciare le cose, a trasmettere il suono e gli odori… si mescoleranno nozioni pregresse e conoscenze personali.
Cerchiamo di capire se i ragazzi associano le varie conoscenze ad uno o ad un altro componente dell’aria. Sicuramente, la maggior parte delle conoscenze sarà riferita all’ossigeno, per questo le palline dell’ossigeno saranno rosse, perché sono le più conosciute e importanti. Il programma di scienze di quarta elementare ci permette di inserire i gas presenti nella miscela in tutte quelle conoscenze, acquisite negli anni passati, che nominavano i gas ma non ne stabilivano una collocazione funzionale.
Ora mescoliamo le nostre molecole di gas all’interno del barattolo. E tiriamone fuori una per volta.
Facciamo notare che l’azoto è prevalente rispetto agli altri gas. Possiamo dire ai bambini che esistono dei batteri che lo utilizzano per ricavarne ENERGIA come gli altri esseri viventi fanno con l’ossigeno.
Il gas che si nota di più, per colore è l’ossigeno. E’ l’elemento fondamentale per la vita! La RESPIRAZIONE CELLULARE e quindi la produzione di ENERGIA nella maggior parte degli esseri viventi, può avvenire solo in presenza di ossigeno.
L’ossigeno, inoltre, è il componente fondamentale per la COMBUSTIONE processo nel quale si un reagente “brucia” con emissione di calore e luce. Senza ossigeno non c’è fiamma.
La pallina con lo 0.03% di anidride carbonica va considerata per ultima. L’anidride carbonica è indispensabile per il processo di FOTOSINTESI CLOROFILLIANA (come fonte di carbonio). Senza questa molecola, le piante non possono produrre zuccheri (sostanza organica) e dare origine a tutte le catene alimentari e agli ecosistemi del nostro Pianeta.
La componente gialla rappresenta l’argon, un gas nobile. Il suo nome viene dal greco argo e vuol dire “pigro”. E’ infatti un gas che, come gli altri gas nobili rappresentati dai quadratini bianchi, si definiscono inerti in quanto non reagiscono con altre molecole. I gas nobili non partecipano a processi importanti ai fini della vita.
Lasciamo il barattolo in classe, nell’angolo di scienze, in modo che possa essere sempre visibile, ci servirà per considerare i gas dell’aria nei vari argomenti dell’anno.
Esperimento n 5: la pressione atmosferica
Materiale occorrente: bicchiere, foglio di carta, acqua
Si riempie d'acqua fino all'orlo un bicchiere e si pone lentamente un foglio di carta sul bordo. Si appoggia il palmo di una mano sul foglio di carta e con l'altra mano si prende il bicchiere e si capovolge il tutto.
A questo punto si può allontanare la mano che tiene il foglio di carta.
Esso rimane misteriosamente "incollato" al bordo del bicchiere
impedendo all'acqua di cadere. La forza esercitata dalla pressione atmosferica impedisce all’acqua di cadere dal bicchiere. Per verificarlo, è sufficiente riempire completamente un bicchiere, appoggiarvi un foglio di carta lucida (che non si bagna) facendolo aderire e poi, con cautela, rovesciare.
Il fenomeno osservato nell'esperimento ha come spiegazione la presenza della pressione atmosferica. Essa è la pressione esercitata dal peso dell'aria presente al di sopra del punto in cui si svolge l'esperimento. Ci sono due forze che agiscono perpendicolarmente alla superficie del foglio con versi opposti, la risultante ha verso concorde con la forza
maggiore. In questo caso, la forza maggiore è causata dalla pressione atmosferica che regge spingendo il foglio contro il bordo del bicchiere e contrastando la forza peso dall'acqua.
Esperimento n.6: costruiamo il NEFOSCOPIO
Le nuvole subiscono spostamenti a causa delle correnti. Per vederne il movimento,
Il nefoscopio (dal greco nefos, nuvola e scopos, esame) è uno strumento che serve a determinare la direzione dei venti in altitudine osservando attraverso uno specchio la direzione nella quale si muovono le nuvole.
E’ uno strumento molto semplice: prendiamo uno specchio e incolliamolo su di un cartoncino di dimensioni maggiori su cui disegneremo i punti cardinali. Posiamolo orizzontalmente sul terreno e orientiamolo, aiutandoci con una bussola.
Ora possiamo osservare riflesse nello specchio le nuvole, e quindi scoprire la direzione del vento o delle correnti ad alta quota che le muovono. Per la perfetta riuscita di questa esperienza, è opportuno imparare a capire la disposizione dei punti cardinali.
Tracciamo alla lavagna le linee che definiscono la direzione N-S e E-O. Poi tracciamo le altre che indicano l’orientamento SO-NO e SE-NE. Se vediamo che i bambini sono in grado di andare ulteriormente nel particolare, possiamo anche tracciare SSE-NNO e così via.
Perché venga compreso e acquisito il meccanismo con il quale si nominano le direzioni, scriviamo alla lavagna definendo il nord (N), sud (S), est (E) e ovest (O) e diciamo ai bambini che le linee tra
una direzione e l’altra prendono il nome dalle direzioni adiacenti: per esempio la direzione tra S ed E si chiama SE, mentre quella tra S e SE si chiama SSE.
Come ultima parte di questo lavoro possiamo far ritagliare il quadrato che è disegnato al centro e puntare il nostro foglio verso il cielo in modo da usare il nefoscopio al contrario. In questo modo insegneremo ai bambini a vedere non solo dove vanno le nuvole, ma soprattutto ad osservare ciò che c’è sopra la nostra testa.
