Pressione, aria, palloncino e calore
In occasione del compleanno di un alunno, ho pensato di festeggiare con un esperimento che ho presentato come uno scherzo.
Ho detto all’alunno che avrei scoppiato un palloncino in suo onore e poi, se accettava, gliene avrei scoppiato un altro con dell’acqua dentro ma sopra la sua testa per fargli una piccola doccia.
L’alunno con rassegnazione ha accettato di stare al gioco è stato fatto sedere al centro dell'aula e aveva l’incarico di osservare attentamente gli eventi ed eventualmente chiedere spiegazioni. Il primo palloncino è stato gonfiato, insieme agli alunni abbiamo cercato di riassumere e ricordare le proprietà dei gas, sottolineando che all’interno del palloncino l’aria è compressa ed è in pressione.
Oltre alla pressione interna del palloncino bisogna considerare la pressione esterna dell’aria che preme su tutti i corpi.
La discussione si è ampliata quando parlando del peso dell’aria si è creata la necessità di dimostrarlo.
Ho costruito una bilancia rudimentale; il bilanciere rappresentato da una cannuccia alla quale abbiamo appeso dei palloncini gonfiati in modo diverso, è apparso evidente che quello maggiormente gonfio faceva pendere il bilanciere.
Intanto l ’alunno era tranquillo e osservava tutto con molta curiosità e attenzione, così ho preso una candela l’ho accesa e gli ho chiesto:
- Se avvicino la fiamma al palloncino, secondo te scoppierà?
– Sì.
- Perché?
– Perché la fiamma brucerà la plastica e l’aria che si trova all’interno premerà sul palloncino e uscirà con molta violenza facendo molto rumore e lacerando la plastica in mille frammenti.
In effetti il palloncino è scoppiato con fragore.
-Allora - ho detto - adesso verifichiamo con un altro esperimento. Questa volta mettiamo dell’acqua nel palloncino e ripetiamo l’esperimento, sei disposto a fare la doccia?
– Sì.
Così ho gonfiato il palloncino ho messo dell’acqua l’ho sistemato sopra la sua testa e poi ho avvicinato la fiamma al palloncino. Tutti erano silenziosi con il fiato sospeso in attesa dello scoppio e della doccia.
Ma il palloncino non è scoppiato.
Allora ho chiesto il perché di questo fenomeno.
Dopo diverse riflessioni e ipotesi alla fine gli alunni sono giunti alla conclusione che nel primo esperimento, il palloncino contenente solo aria, è esploso perché al calore della fiamma le molecole si sono riscaldate e si sono mosse e dilatate premendo sulle pareti del palloncino che è scoppiato per la forte pressione interna e non semplicemente perché si è bruciata la plastica.
Nel secondo esperimento, il palloncino contenente acqua non è scoppiato perché occorre molto tempo prima che la fiamma sia in grado di riscaldare le molecole dell’acqua e anche quelle dell’aria e provocare un aumento di pressione tale da far scoppiare il palloncino!
L’esperimento ha divertito tutti, forse un po’ meno il festeggiato perché si aspettava davvero una doccia e in effetti nelle foto ha gli occhi chiusi nell’attesa dell’esplosione, che quando non è avvenuta era decisamente sollevato e ha cominciato a sorridere.
Gli abbiamo fatto un grande applauso per il suo formidabile coraggio e la sua disponibilità.