Colonna di cinque liquidi

Cosa imparerà

• Che la densità è la massa contenuta in un volume (g/cm³) e che un liquido meno denso galleggia su uno più denso.
• A prevedere l'ordine degli strati partendo da una tabella di densità e a verificarlo pesando 40 ml di ogni liquido.
• La differenza tra liquidi miscibili (acqua, miele, detersivo per piatti, alcol: finiscono per mescolarsi) e immiscibili (olio e acqua non si mescolano mai).
• Che un oggetto solido si ferma proprio sopra il primo strato più denso di lui.
• A versare con controllo (cucchiaio, parete del bicchiere) per non mescolare gli strati: una vera tecnica di laboratorio.

Prepara prima

• Stampa il righello degli strati (A) e le etichette (B) al 100 %; verifica che il righello misuri 120 mm dallo 0 al 12.
• Misura 40 ml di ogni liquido in bicchierini con l'etichetta (8 cucchiaini da 5 ml o 4 siringhe da 10 ml). Avere tutto già misurato evita la fretta quando si versa.
• Colora l'acqua e l'alcol nei loro bicchierini prima di cominciare: 3–4 gocce di colorante, mescola e lascia riposare 1 minuto.
• Se il miele è cristallizzato, scaldalo a bagnomaria e lascialo intiepidire: caldo attraversa gli strati.
• Metti il bicchiere su un vassoio, su un tavolo che non si muova, davanti a una finestra o a uno sfondo bianco per vedere bene i colori.
• Tieni l'alcol fuori dalla portata dei bambini fino al momento di usarlo; non ci devono essere candele o fiamme accese vicino.

Materiali e attrezzi

• Bicchiere alto trasparente — 1
  liscio, Ø interno 50–65 mm e alto 130–150 mm (bicchiere da long drink da 300–350 ml); più è stretto, più spessi si vedono gli strati
• Miele — 40 ml (≈ 56 g, circa 3 cucchiai)
  liquido, non cristallizzato; se è duro, scalda il barattolo a bagnomaria per 5 min e lascialo intiepidire
• Detersivo per piatti a mano — 40 ml
  concentrato e colorato (verde o blu), senza agitare il flacone perché non abbia bolle
• Acqua del rubinetto — 40 ml
  a temperatura ambiente
• Colorante alimentare — 3–4 gocce (acqua) + 2–3 gocce (alcol)
  liquido; scegli colori diversi da quello del detersivo (per es. blu per l'acqua e rosso per l'alcol)
• Olio di girasole — 40 ml
  chiaro (va bene anche quello d'oliva, ma è più scuro)
• Alcol da farmacia — 40 ml
  etanolo a 96° (0,80 g/cm³) o a 70° (≈ 0,88 g/cm³): entrambi sono meno densi dell'olio
• Bicchierini per misurare e colorare — 5
  vasetti di yogurt o bicchierini da liquore, uno per liquido, con l'etichetta
• Carta da cucina — 4–5 fogli
  per pulire la parete del bicchiere e per raccogliere l'olio alla fine
• Oggetti da provare — 4–5
  tappo di sughero, pezzetto di candela di 1 cm, un acino d'uva, un dado o una rondella d'acciaio

Attrezzi

• Cucchiaino da dessert (≈ 5 ml) — misurare a cucchiaini e versare sul suo dorso
• Siringa senza ago da 10 ml (da sciroppo per bambini) — misurare i 40 ml e versare l'acqua e l'alcol con molta delicatezza (facoltativa, ma aiuta molto)
• Imbuto piccolo o cannuccia — portare il miele sul fondo senza sporcare la parete
• Bilancia da cucina (facoltativa) — pesare 40 ml di ogni liquido e calcolarne la densità

Pezzi e sagome

• A · Righello degli strati ×1 — carta (o cartoncino sottile)
• B · Etichette degli strati ×1 — carta

Passo passo

1. Prepara il bicchiere e il righello

   Attacca il righello A sulla parete esterna del bicchiere con nastro adesivo trasparente, con lo 0 all'altezza del fondo interno. Ritaglia le 5 etichette B e lasciale a faccia in giù da una parte, senza attaccarle: così non svelano l'ordine prima della previsione. Le attaccherai alla fine.

   Verifica: Il bicchiere è pulito e asciutto dentro: una goccia d'acqua sulla parete farebbe attaccare il miele.

2. Misura i cinque liquidi

   Misura 40 ml di ogni liquido nel suo bicchierino (8 cucchiaini da 5 ml o 4 siringhe da 10 ml). Colora l'acqua di blu con 3–4 gocce di colorante e l'alcol di rosso con 2–3 gocce.

   Trucco: L'alcol lo misura un adulto e il bicchierino resta lontano dal bordo del tavolo.

3. Prevedi l'ordine

   Prima di versare, chiedi a ogni bambino di mettere in ordine i 5 bicchierini dal «più pesante» al «più leggero» sollevandoli con la mano o pesandoli (40 ml di miele ≈ 56 g; di olio ≈ 37 g). Annota la previsione.

   Verifica: Se pesate: miele > detersivo > acqua > olio > alcol, in quest'ordine.

4. Versa il miele sul fondo

   Versa i 40 ml di miele al centro del bicchiere, senza toccare le pareti (usa un imbuto o lascia cadere il filo di miele da 2–3 cm). Aspetta 1 minuto che la superficie diventi piana.

   Verifica: Il miele arriva al segno dei 14 mm del righello. Se ha sporcato la parete, puliscila con carta da cucina arrotolata su un bastoncino.

5. Aggiungi il detersivo per piatti

   Inclina un po' il bicchiere e versa piano i 40 ml di detersivo, lasciandolo scivolare lungo la parete. È denso: scende lento e si allarga da solo sul miele. Raddrizza il bicchiere e aspetta 1 minuto che escano le bolle.

   Verifica: Vedi due strati netti e la superficie arriva a ≈ 28 mm.

6. Posiziona il cucchiaio

   Infila il cucchiaio con il dorso (la parte curva) verso l'alto e appoggia la punta sulla parete del bicchiere, 5–10 mm sopra la superficie del detersivo. Tieni fermo il bicchiere con l'altra mano.

   Trucco: Se la mano trema, appoggia il gomito sul tavolo.

7. Versa l'acqua molto piano

   Versa l'acqua colorata sul dorso del cucchiaio al ritmo di 1 cucchiaino (5 ml) ogni 3–4 secondi, perché scivoli lungo la parete e si allarghi come una lamina. Alza il cucchiaio man mano che sale il livello. Ci vogliono circa 30 secondi.

   Verifica: La linea tra il verde e il blu si vede netta. Una fascia torbida di 2–3 mm è normale; se supera i 5 mm, hai versato troppo in fretta.
   Trucco: Con la siringa è ancora più facile: beccuccio contro la parete e spingi lo stantuffo poco alla volta.

8. Aggiungi l'olio

   Versa i 40 ml di olio anche questi sul dorso del cucchiaio. Qui puoi andare un po' più veloce (5 ml ogni 2 s): l'olio non si mescola con l'acqua e resta a galla sopra anche se si agita un po'.

   Verifica: La superficie arriva a ≈ 56 mm sul righello.

9. Completa con l'alcol adulto

   L'adulto versa i 40 ml di alcol colorato sul cucchiaio, molto piano e vicino alla parete, come l'acqua. L'alcol deve restare sempre sopra l'olio: se lo attraversa e tocca l'acqua, si mescola con lei.

   Verifica: Vedi 5 strati e la torre misura circa 70 mm. Se una goccia di alcol affonda nell'olio, aspetta: di solito risale. Ma se arriva a toccare l'acqua, si mescola con lei e non risale più.

10. Osserva e misura

    Aspetta 1 minuto senza toccare il bicchiere. Misura con il righello A lo spessore di ogni strato e confronta: dovrebbero misurare tutti ≈ 14 mm perché hanno lo stesso volume. Gira le etichette B, confrontale con la tua previsione e attacca ognuna con il nastro accanto al suo strato, sul lato opposto al righello.

11. Lascia cadere gli oggetti

    Lascia cadere, uno alla volta e da 1 cm sopra la superficie, un tappo di sughero, un pezzetto di candela di 1 cm, un acino d'uva e un dado. Prima di lasciare ognuno, chiedi: in quale strato si fermerà? Aspetta fino a 2 minuti: il miele frena molto.

    Verifica: Sughero in cima, candela tra alcol e olio, uva sul miele, dado sul fondo.

12. Raccogli e pulisci adulto

    Alla fine, assorbi lo strato di olio e alcol con 4–5 fogli di carta da cucina e buttali nella spazzatura. Il resto (miele, sapone e acqua) si può buttare nel lavandino con abbondante acqua. Lava il bicchiere con acqua calda.

Funziona? La prova

Con la torre appena fatta, guarda il bicchiere di lato all'altezza degli occhi e misura con il righello A dove si trova ogni linea di separazione.

Cosa deve succedere: Cinque strati nell'ordine miele – detersivo per piatti – acqua – olio – alcol, ognuno di ≈ 14 mm (± 3 mm). La linea acqua/detersivo è la più sfumata; quelle acqua/olio e olio/alcol sono del tutto nette. La torre resiste bene 2–3 ore; il giorno dopo miele, detersivo e acqua cominciano a sfumare.

Se qualcosa non va

• L'acqua si mescola con il detersivo e resta una fascia torbida con schiuma — Hai versato troppo in fretta o da troppo in alto: il getto attraversa lo strato di sapone, che si scioglie in acqua. Soluzione: Versa più piano, con la punta del cucchiaio che tocca la parete e a 5–10 mm dallo strato, oppure usa una siringa. Se la fascia torbida supera i 5 mm, ricomincia da capo.
• Il miele resta attaccato alla parete e si vedono colature — Il miele ha toccato la parete mentre lo versavi. Soluzione: Versalo al centro o con un imbuto. Pulisci la parete con carta da cucina arrotolata su un bastoncino prima di continuare.
• L'alcol sparisce e lo strato d'acqua cresce — L'alcol ha attraversato l'olio e si è mescolato con l'acqua (sono miscibili). Soluzione: Versalo molto piano e vicino alla parete. Uno strato d'olio più spesso (50–60 ml) fa da cuscino.
• Il miele attraversa il detersivo o si mescola con lui — Hai messo il miele caldo, oppure il detersivo prima del miele. Soluzione: Il miele sempre per primo e a temperatura ambiente. Rispetta l'ordine dalla densità maggiore alla minore.
• Lo strato di detersivo non si distingue da quello d'acqua — Sono dello stesso colore o il detersivo è incolore. Soluzione: Colora l'acqua di un colore che faccia contrasto (rosso o blu se il sapone è verde).
• Il dado resta fermo sopra il miele — Il miele è molto viscoso: il dado affonda, ma molto lentamente. Soluzione: Aspetta 2–5 minuti o usa un dado più pesante (M8 o più grande). È una buona occasione per parlare di viscosità, che non è la stessa cosa della densità.

Sicurezza

• L'alcol da farmacia è infiammabile: lo maneggia un adulto, senza candele, fornelli o accendini accesi vicino, e alla fine si ripone chiuso.
• Non si beve niente della torre: il detersivo per piatti e l'alcol sono tossici. Metti un cartello «NON BERE» se ci sono bambini piccoli vicino.
• Se il detersivo o l'alcol schizzano negli occhi, sciacqua con abbondante acqua per 10 minuti.
• Il miele caldo scotta: se lo intiepidisci a bagnomaria, lascialo raffreddare prima che lo tocchi un bambino.
• Uva, dadi e tappi di sughero sono pezzi piccoli: sorveglia i bambini sotto i 3 anni.
• L'olio usato non va nel lavandino: assorbilo con la carta e buttalo nella spazzatura, oppure portalo al contenitore per l'olio se ne usi molto.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Tutti i liquidi sembrano acqua, ma alcuni sono più «stretti» di altri: nello stesso cucchiaio, il miele ha dentro molta più roba dell'olio, per questo pesa di più. Quando li mettiamo insieme, i più pesanti vanno giù e i più leggeri restano su, come quando sull'autobus i bambini più grandi si siedono dietro e i piccoli davanti. L'olio e l'acqua, poi, sono come due bambini arrabbiati: anche se li metti insieme, non si mescolano mai. Per questo la torre resta a strati.

Per l'adulto

La densità ρ = m/V misura quanta massa occupa un volume. In un recipiente in quiete, un fluido meno denso si dispone sopra uno più denso perché così si abbassa il centro di massa del sistema (minima energia potenziale). Qui: miele ≈ 1,42 g/cm³ (≈ 80 % di zuccheri disciolti), detersivo per piatti ≈ 1,03–1,05, acqua 1,00, olio ≈ 0,92 e alcol a 96° ≈ 0,80 (l'etanolo puro 0,79; ≈ 0,88 quello a 70°). Ci sono due tipi di interfaccia: olio/acqua e olio/alcol sono immiscibili (molecole apolari contro molecole polari unite da legami a idrogeno), quindi il confine è netto e si ricompone anche se si agita. Invece miele, detersivo, acqua ed etanolo sono miscibili: la loro separazione è solo temporanea e si mantiene perché la diffusione è lenta e l'alta viscosità del miele e del sapone frena il mescolamento; per questo bisogna versare senza turbolenza (una lamina che scivola lungo la parete) e per questo il giorno dopo gli strati sfumano. L'alcol non deve mai toccare l'acqua: si mescolerebbe e, per di più, la miscela acqua-etanolo ha una densità intermedia. Un solido affonda finché ρ(oggetto) > ρ(liquido) e si ferma all'interfaccia dove questo smette di valere (principio di Archimede); la viscosità cambia solo la velocità con cui ci arriva.

• densità: quanta massa c'è in un volume; si misura in grammi per centimetro cubo (g/cm³).
• miscibile: che si mescola con un altro liquido fino a formarne uno solo (acqua e alcol).
• immiscibile: che non si mescola anche se lo agiti (acqua e olio).
• viscosità: quanto è denso un liquido, quanta fatica fa a scorrere (il miele è molto viscoso).
• galleggiare: restare sopra un liquido perché sei meno denso di lui.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto misura i liquidi e versa l'acqua e l'alcol; il bambino versa miele, detersivo e olio, mette le etichette e lascia cadere gli oggetti. Concentrati su «pesante sotto, leggero sopra» e sull'indovinare dove si ferma ogni oggetto.
• 8–10 anni: Fanno la torre completa tranne l'alcol. Pesano 40 ml di ogni liquido, li mettono in ordine dal più al meno pesante prima di versare e misurano con il righello lo spessore di ogni strato.
• 11–12 anni: Calcolano la densità di ogni liquido (massa ÷ volume), fanno un grafico a barre e prevedono la posizione degli oggetti misurandone massa e volume per spostamento d'acqua in una siringa. Sfida: aggiungere un sesto strato (acqua salata o latte) al posto giusto.

In gruppo o in classe

Squadre di 3–4 bambini, una torre per squadra (un bicchiere, 5 bicchierini con l'etichetta, cucchiaio e siringa). Prepara prima i liquidi misurati nei bicchierini (per 6 squadre: 250 ml di miele, 250 ml di detersivo per piatti, 250 ml di olio) e tieni l'alcol solo sul tavolo dell'insegnante, che passa a versarlo squadra per squadra. Sessione di 45 min: 10 min di previsione (pesare e ordinare), 20 min di costruzione, 10 min di oggetti e 5 min per raccogliere con la carta da cucina. Tieni vassoi o carta di giornale sotto ogni bicchiere.

Sfide

• Costruisci una torre di 7 strati aggiungendo acqua salata (tra acqua e detersivo) e latte intero (≈ 1,03).
• Fai galleggiare un uovo crudo a metà altezza di un bicchiere usando solo acqua e sale in due strati.
• Fai la torre in un tubo stretto (un cilindro graduato o un tubetto di pastiglie effervescenti) e calcola quanti ml servono per strati da 20 mm.
• Costruisci un «sottomarino» con una pallina di plastilina e un pezzetto di sughero che si fermi proprio nello strato d'acqua.

Altri progetti gratis

• Barca che avanza con il sapone
• Bolle di sapone giganti
• Cannone ad anelli d'aria
• Depuratore d'acqua a strati
• Fazzoletto asciutto sott'acqua
• Graffetta che galleggia sull'acqua
• Palloncino d'acqua a prova di fiamma
• Palombaro in bottiglia
• Sacchetto d'acqua trafitto senza gocciolare
• Spirale che gira con il calore
• Vortice tra due bottiglie
• L'uovo inghiottito dalla bottiglia
• Una nuvola dentro un barattolo

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