08. Costruire strumenti
“Quanto più i materiali usati in un esperimento illustrativo sono semplici, quanto più essi sono familiari allo studente, tanto più sarà possibile che egli acquisisca completamente il concetto così presentato. Il valore educativo degli esperimenti di questo tipo è inversamente proporzionale alla complessità dell'attrezzatura. Lo studente che adopera un'attrezzatura "fatta in casa", che funziona sempre male, spesso impara di più di quello che ha a disposizione strumenti accuratamente calibrati, di cui può fidarsi, e che egli non osa smontare” J. C. Maxwell
Costruzione di un anemoscopio (o banderuola)
(Tratta dal sito: http://www5.indire.it:8080/set/eraclito/set_eraclito/aria/pressione/allegati2_attiv2.htm )
Materiali
-lastra di metallo sottile ricavata dalle vaschette per alimenti
-bastoncino di legno di circa 50 cm
-bastone di legno di forma cilindrica di 70 cm di lunghezza
-chiodi e rondelle metalliche
-colla da falegname,martello
Procedimento
Ritagliamo dalla lastra di metallo due frecce sagomate come indicato in figura.
Nel bastone di legno, non di forma cilindrica, incidiamo, in ciascuna estremità, una scanalatura di circa 10 cm nella quale inseriamo le due frecce che saranno fissate per mezzo della colla.
Inchiodiamo l'asta così preparata sul bastone cilindrico per mezzo di un chiodo e delle rondelle in modo che sia in grado di ruotare. Infine montiamo l' apparecchio nel cortile o sul terrazzo della scuola.
P.S. = La descrizione della costruzione della banderuola era uno dei testi della prova Invalsi 2002-03
Costruzione di un anemometro, versione semplice
(tratta dal sito: http://www.meteolab.it/meteoschools/)
La velocità del vento si misura generalmente con l'anemometro a coppe, un dispositivo composto da tre o quattro bracci a 120° o 90° (v. Anemometro, versione complicata), portanti esternamente altrettante coppe semisferiche disposte nello stesso senso e montate su un asse rotante collegato con ruotismi a un contagiri sul cui quadrante si legge direttamente il numero di giri. Dato che la velocità di rotazione del mulinello è proporzionale alla velocità del vento, dal numero di giri compiuti nell'unità di tempo si risale alla velocità del vento.
L'anemometro può essere integrato con un dispositivo indicatore della direzione del vento chiamato anemoscopio: strumento formato da una semplice banderuola mobile intorno ad un asse verticale; la posizione assunta dalla stessa per azione del vento è riportata da un indice su un quadrante con la rosa dei venti.
Oggi gli strumenti elettronici hanno semplificato nettamente la misura del vento che avviene di continuo e registra anche le massime raffiche. Tutti gli anemometri devono essere installati a dieci metri dal suolo, in zone aperte e prive di ostacoli, come alberi, edifici, linee elettriche, che possono alterare il naturale flusso del vento.
Per la misurazione della sola velocità, il materiale occorrente per la costruzione di un anemometro artigianale è:
un blocco di legno (30 x 30 x 15 cm)
due assicelle di legno (40x5 cm e 30x5 cm)
un bicchiere di plastica leggera
dei chiodini
un cartoncino resistente
un martello
un compasso.
NB: Il disegno non è in scala....
Costruire con il cartoncino un ventaglio di quindici centimetri di raggio. Graduare il ventaglio (v. figura) e fissarlo all'assicella più lunga unendo poi il tutto al blocco di legno.
Attaccare con un chiodino il bicchiere di plastica all'estremità dell'assicella più corta e forare l'estremità opposta fissandola al vertice del ventaglio in modo che l'assicella sia libera di ruotare.
Porre l'anemometro all'esterno; tanto più il vento sarà forte, tanto più il bicchiere si alzerà.
Si tratta ora di tarare opportunamente la scala del "ventaglio colorato", per far questo possiamo efficacemente utilizzare la scala Beaufort.
Cenni storici sulla scala Beaufort: Per classificare il tipo di vento in base alla velocità, sir Francis Beaufort, ammiraglio inglese, nel 1805 propose una scala anemometrica detta "Scala anemometrica Beaufort" che esprimeva il grado di forza del vento con numeri da zero (calma) a dodici (uragano). Essa fu adottata nel 1874 dal Comitato Meteorologico Internazionale e successivamente, nel 1926 è stata riveduta dallo stesso comitato: per ogni numero sono stati determinati gli intervalli di velocità del vento mediante misure anemometriche in condizioni standard. Recentemente, grazie alle migliorate prestazioni degli anemometri che consentono misurazioni delle velocità anche superiori a 200 km/h, sono stati introdotti altri cinque numeri e la scala che ne risulta è detta "Scala Internazionale di Beaufort".
Costruzione di un anemometro, versione complicata
Dal sito: http://digilander.libero.it/StuntKite/costruire_un_anemometro.htm
Materiale occorrente:
Un ciclocomputer per bicicletta (costo circa 10 euro)
4 stecche in metallo di un vecchio ombrello
4 cm di tubo per innaffiare (diametro esterno 2,5 cm)
Una vecchia antenna di radio portatile
Il meccanismo interno (cuscinetto + rotella) di un lettore di floppy da 5 pollici e 1/4
4 tappi delle sorprese degli ovetti Kinder
Due elastici ed una fascetta
Nelle foto sotto si vede il meccanismo del lettore del floppy utilizzato come rotore dell'anemometro a cui ho incollato un piccolo magnete che servirà ad attivare il sensore della bici.
Le stecche dell'ombrello sono infilate nel tubo per innaffiare andando a formare le braccia porta coppette dell'anemometro.
All'estremità delle stecche dell'ombrello sono avvitati i coperchietti sfruttando il foro gia presente di fabbrica delle stecche.
Il tubo di gomma è infilato ad incastro nel rotore del floppy
Il sensore della bici è fissato con due elastici ed una fascetta all'antenna.
Il rotore con le coppette è infilato all'estremità dell'antenna.
Ed ecco finalmente l'anemometro montato
Qui sotto le foto dell' anemometro montato sul palo (una vecchia canna da pesca).
La manichetta indica la direzione del vento mentre sul display si può leggere la velocità del vento
Ovviamente prima di utilizzare l'anemometro lo dovrete tarare utilizzando un altro anemometro o metodi un po' più empirici. Per chi non lo sapesse il ciclocomputer si regola sulla circonferenza della ruota della bici che va di solito da 80 cm a 220 cm, quindi sfruttando questa regolazione potrete settare il vostro anemometro.
Costruzione di un termometro
tratto dal sito http://www.saperlo.it/guida/come-costruire-un-termometro-atmosferico-ad-aria-30691/
Occorrente
Flacone di vetro
Tubo di vetro
Lamierino di alluminio
Tavoletta di legno
Tappo di gomma
Chiodini
Se vuoi procedere senza difficolta', recati in un negozio di articoli sanitari ed acquista un flacone di vetro sottile o un pallone di vetro per chimica da 100 o 150 cc, fatti tagliare il tubicino di vetro molto sottile lungo 60 cm e fatti preparare un tappo di gomma che chiuda perfettamente l'imboccatura del pallone e che abbia un foro del diametro del tubicino.
Dal falegname invece, fai tagliare una tavola in due parti, una di cm 60x10 e una di cm. 20x10. Ora con questi 2 pezzi costruisci un supporto usando chiodini e colla. La tavola piu' lunga deve essere inchiodata a quella piu' corta a forma di L. Con una punta di trapano pratica nel lamierino di alluminio di 2x 10 cm., un foro attraverso cui passi il tubo di vetro.
Infila nel tappo di gomma il tubicino di vetro, poi tappa il pallone per chimica accuratamente. Infila l'insieme dall'alto verso il basso nel foro del lamierino. Alla base del supporto di legno metti una boccetta d'acqua colorata con qualche goccia di inchiostro e fai pescare il tubicino in questo liquido.
Con le mani o con una candela scalda il pallone in modo che l'aria ne fuoriesca. Vedrai delle bollicine nella bottiglietta. Quando non si vedranno piu' bollicine, tutta (?) l'aria sara' uscita e lascerai raffreddare. Quando tornera' a temperatura ambiente, l'acqua colorata salira' fino a meta' del tubo.
Ora incolla una striscia di carta sul supporto verticale dietro al tubo. Ti servira' per la graduazione. Prendi un termometro e portalo vicino al pallone; guarda che temperatura segna e riportala sulla striscia di carta nel punto in cui arriva l'acqua nel tubo. Porta ora il tutto in un luogo piu' caldo, attendi qualche ora, e segna la nuova temperatura sulla gradazione del supporto.
Adesso vai in un luogo piu' freddo e ripeti l'operazione. Dividi in parti uguali l'intervallo tra le due temperature e scrivi le temperature corrispondenti. Se vuoi fare una cosa piu' precisa, porta il tuo termometro e quello gia' graduato in luoghi con temperature diverse e segnale ogni volta sul tuo supporto.
Costruzione di un barometro
Il barometro è uno strumento per misurare la pressione atmosferica. Può essere di due tipi: (1) barometro che utilizza un liquido (tipicamente il mercurio) e (2) barometro aneroide (o a vuoto).
Il primo tipo è quello utilizzato da Torricelli nel 1644 (l'esperienza di Torricelli è stata fondamentale per la scienza, perché ha dimostrato l'esistenza del vuoto, e che l'aria ha un peso. Su questo Galileo aveva idee contrarie, ma aveva torto. Un video semplice in inglese sulla storia del barometro è questo:
Torricelli e Galilei. Olio su tela di autore sconosciuto, XIX sec. Società Torricelliana, Palazzo Laderchi, Faenza.
Occorre un'asta di vetro colma di mercurio, ed una bacinella contenente anch'essa del mercurio.
La costruzione di questo barometro non presenta particolari difficoltà pratiche, ma il mercurio è TOSSICO e quindi l'esperienza non è proponibile in una classe.
E' però possibile chiedere agli alunni come cambierebbe l'apparato sperimentale, se volessimo usare come liquido della sana e fresca acqua. (vedi filmato)
Potremmo anche chiederci come risponderemmo ai simpatici ragazzi di Finale Emilia (MO) che ci presentano il loro "barometro artigianale ad acqua". Siamo proprio sicuri che sia -come si legge sul loro sito- uno strumento "utile a rilevare la variazione della pressione atmosferica"? Perché?
Il secondo tipo di barometro è più semplice da adattare ai nostri scopi. Il suo funzionamento si basa sulla contrazione o dilatazione di una capsula chiusa al variare della pressione atmosferica. E' quindi formato da una cavità sigillata, che può modificare il suo volume a seconda della pressione esterna, e da una serie di delicati meccanismi che trasmettono queste variazioni ad una lancetta mobile. Di tutto questo, per i nostri scopi faremo a meno dei "delicati meccanismi", che sostituiremo un po' brutalmente con un pezzo di nastro adesivo.
Potete vedere le fasi della semplice costruzione in questo filmato:
Bella l'idea di "testare" lo strumento all'interno di un recipiente più grande in cui possiamo modificare velocemente la pressione dell'aria soffiando o aspirando da un tubo:
Costruzione di un pluviometro
Costruire un pluviometro è veramente molto semplice. Si tratta semplicemente di un contenitore cilindrico graduato aperto, con il quale si possono misurare i millimetri di pioggia caduti nelle 24 ore. Il recipiente deve essere posizionato in modo opportuno, a 1,5 m dal suolo e lontano da ostacoli come muri, alberi, antenne, cavi elettrici.
A volte, per ridurre l'evaporazione dell'acqua nelle giornate estive, conviene mettere un grosso imbuto all'imboccatura del recipiente. L'area da considerare, in questo caso, sarà l'area dell'apertura dell'imbuto.
Istruzioni dettagliate nel sito di Robert Krampf
Costruzione di un igrometro a capello
I capelli umani variano la loro lunghezza in funzione dell'umidità relativa (sono più lunghi se l'aria è più umida, si accorciano se l'aria è secca). Si può quindi utilizzare questa proprietà per costruire un igrometro, cioè uno strumento che misura l'umidità dell'aria, e poi tararlo per confronto con un igrometro commerciale. Tra l'altro esaminando la scala di un igrometro a capello commerciale si può facilmente vedere che la proporzionalità tra allungamento e umidità relativa non è diretta (la scala non è lineare): potrebbe quindi essere interessante anche indagare il tipo di relazione tra umidità e allungamento del capello.
(Perché i capelli variano la loro lunghezza quando c'è umidità nell'aria?
Questo dipende dal tipo di legami che si formano tra le proteine ("citocheratina") presenti nei capelli. I legami più forti sono tra gli atomi di zolfo. Quando facciamo una permanente, usando alcune sostanze che hanno un odore molto forte e sgradevole, si rompono questi legami, che si riformano in seguito, quando i capelli hanno "preso la piega". L'altro tipo di legame è più debole, ed è il legame a idrogeno.
I legami ad idrogeno risentono fortemente della quantità di umidità presente nell'aria.)
Lab7. Leggere il meteo
Lab9. Costruire modelli