Scheda Didattica – Levitazione Acustica in diverse discipline

Introduzione

La levitazione acustica è un fenomeno fisico che permette di sospendere piccoli oggetti nell’aria utilizzando onde sonore a frequenza molto alta, chiamate ultrasuoni. Quando queste onde si incontrano, creano delle onde stazionarie, all'interno delle quali si formano nodi di pressione.

In corrispondenza di questi nodi, la pressione acustica riesce a bilanciare la forza di gravità, facendo “galleggiare” l’oggetto senza contatto. Questo principio viene utilizzato anche nella ricerca per manipolare sostanze delicate, come gocce di liquido o materiali biologici, senza doverli toccare.

Esperimento 1: Cristallizzazione sospesa

Disciplina: Chimica

Scopo: Osservare la formazione di cristalli da una soluzione in levitazione acustica.

Materiali/Reattivi:

·       Soluzione satura di cloruro di sodio (sale da cucina)

·       Kit di levitazione acustica

·       Pipetta

Descrizione e Procedura:

1.     Preparare una soluzione satura di sale sciogliendo cloruro di sodio in acqua fino a saturazione.

2.     Utilizzare la pipetta per depositare una piccola goccia (circa 2-3 mm) della soluzione nel punto di levitazione.

3.     Attendere che l'acqua evapori lentamente (circa 10-15 minuti).

4.     Osservare e documentare la formazione dei cristalli in sospensione.

Evidenze:

Formazione visibile di cristalli solidi sospesi nell'aria.

Conclusioni:

La cristallizzazione in condizioni di levitazione permette di evidenziare in maniera chiara il processo di evaporazione e saturazione.

Esperimento 2: Gocce di liquidi diversi

Disciplina: Fisica/Chimica

Scopo: Confrontare la tensione superficiale e la forma delle gocce sospese di liquidi diversi.

Materiali/Reattivi:

·       Acqua, alcool, olio vegetale leggero

·       Pipette

·       Kit di levitazione acustica

Descrizione e Procedura:

5.     Versare separatamente piccole gocce (2-3 mm) di ciascun liquido utilizzando pipette diverse.

6.     Posizionare le gocce singolarmente nell'area di levitazione e osservarne la forma e stabilità.

7.     Fotografare o disegnare le forme ottenute per un confronto diretto.

Evidenze:

Forme e stabilità diverse delle gocce in funzione del liquido utilizzato.

Conclusioni:

Evidenziare chiaramente come la tensione superficiale vari tra diversi liquidi.

Esperimento 3: Reazione chimica sospesa

Disciplina: Chimica

Scopo: Osservare una reazione di precipitazione sospesa nell'aria.

Materiali/Reattivi:

·       Soluzione acquosa di carbonato di sodio

·       Soluzione acquosa di cloruro di calcio

·       Kit di levitazione acustica

·       Pipette

Descrizione e Procedura:

8.     Depositare con la pipetta una goccia di soluzione di carbonato di sodio nel punto di levitazione.

9.     Depositare rapidamente una goccia di soluzione di cloruro di calcio sopra la prima goccia.

10.  Osservare immediatamente la formazione di un precipitato bianco.

Evidenze:

Formazione di un precipitato visibile chiaramente.

Conclusioni:

Questo esperimento permette una dimostrazione chiara e visibile delle reazioni chimiche in ambiente sospeso.

Esperimento 4: Visualizzazione di onde sonore

Disciplina: Fisica

Scopo: Visualizzare le onde sonore con l'uso di fumo o vapore.

Materiali/Reattivi:

·       Kit di levitazione acustica

·       Fumo leggero o vapore d'acqua (generato da un vaporizzatore o fumo di incenso)

Descrizione e Procedura:

11.  Attivare il levitatore acustico.

12.  Posizionare delicatamente il fumo o il vapore vicino al campo ultrasonico.

13.  Osservare i pattern delle onde sonore.

Evidenze:

Formazione visibile di punti nodali e antinodali.

Conclusioni:

Mostra chiaramente la natura delle onde stazionarie e il concetto fisico di interferenza.

Esperimento 5: Microgravità simulata

Disciplina: Scienze/Biologia/Fisica

Scopo: Simulare un ambiente di microgravità e osservare comportamenti di piccoli organismi o oggetti.

Materiali/Reattivi:

·       Semi vegetali leggeri, piccoli insetti o polveri leggere

·       Kit di levitazione acustica

Descrizione e Procedura:

14.  Posizionare delicatamente l'oggetto o l'organismo nella zona di levitazione.

15.  Osservare il comportamento e le eventuali modifiche nel movimento o nella posizione.

Evidenze:

Osservazione diretta dei comportamenti di oggetti o organismi sospesi in aria.

Conclusioni:

L’esperimento permette di comprendere il comportamento degli organismi in condizioni di gravità apparente nulla, offrendo una base per discussioni sul comportamento nello spazio.