Fontana di bibita e caramelle

Cosa imparerà

• Che le bibite contengono gas (CO₂) disciolto sotto pressione e che, quando apri la bottiglia, quel gas vuole uscire, ma ha bisogno di «punti» in cui formare bolle.
• Che cos'è la nucleazione: la superficie ruvida della caramella offre milioni di punti in cui nascono bolle tutte insieme.
• Che il gas che si forma di colpo dentro la bottiglia spinge il liquido attraverso il collo stretto, come un ugello.
• A progettare una prova equa: cambiare una sola variabile (tipo di bibita, temperatura, numero di caramelle) e misurare l'altezza.
• A misurare altezze in modo indiretto con una parete segnata o un video al rallentatore.

Prepara prima

• Tieni la bottiglia fuori dal frigorifero per 2 ore, così è a temperatura ambiente, e non agitarla mentre la trasporti.
• Stampa al 100 % la sagoma del tubo A e il biglietto B. Se la tua carta è sottile, incolla il biglietto su cartoncino spesso.
• Cerca un posto all'aperto con il pavimento piano e duro (cortile, terrazzo, campo in terra battuta), lontano da auto, finestre ed estranei. Tieni conto del vento: il getto devia.
• Segna con il gesso o con una corda un cerchio di 3 m di raggio intorno al punto in cui metterai la bottiglia.
• Se vuoi misurare l'altezza, scegli una parete o un lampione accanto a cui mettere la bottiglia e segna con nastro di carta ogni 50 cm fino a 3 m.

Materiali e attrezzi

• Cola light o zero — 1 bottiglia da 2 litri da comprare
  chiusa, a temperatura ambiente (20–25 °C), non agitata
• Caramelle Mentos — 7 (mezzo rotolo da 14) da comprare
  Mentos classiche alla menta o alla frutta, confettate (non quelle gommose né quelle morbide)
• Foglio di carta — 1 (sagoma A)
  foglio A4 da 80 g
• Biglietto o cartoncino rigido — 1 (sagoma B)
  60 × 90 mm, di cartoncino da 200–300 g o un vecchio biglietto da visita
• Nastro adesivo — 2 pezzi da 8 cm
  per chiudere il tubo
• Metro a nastro o gesso — 1
  per segnare il cerchio di sicurezza di 3 m e misurare l'altezza
• Occhiali protettivi — 1 per chi fa cadere le caramelle
  da bricolage o da nuoto

Attrezzi

• Forbici — ritagliare la sagoma del tubo e il biglietto
• Cellulare con rallentatore (facoltativo) — filmare il getto per misurare l'altezza massima
• Canna o secchio d'acqua — pulire il pavimento dopo

Pezzi e sagome

• A · Tubo caricatore delle caramelle ×1 — carta 80 g
• B · Biglietto-sportello ×1 — cartoncino 250 g o biglietto da visita

Passo passo

1. Prepara il tubo

   Ritaglia la sagoma A (90 × 110 mm). Impila 7 Mentos, arrotolaci intorno la carta nel senso dei 110 mm senza stringere e incolla l'aletta con 2 pezzi di nastro. Togli le caramelle.

   Verifica: Inclina il tubo: le 7 caramelle devono scivolare dentro e fuori senza incastrarsi. Se si incastrano, riarrotola 1–2 mm più largo.

2. Prepara il biglietto

   Ritaglia il biglietto B (90 × 60 mm). Se è di carta sottile, incollalo su cartoncino spesso o su un biglietto da visita, così non si piega quando lo tiri.

3. Segna la zona sicura adulto

   All'aperto, su un pavimento piano e duro, segna con il gesso o con una corda un cerchio di 3 m di raggio. Nel cerchio entra solo chi fa cadere le caramelle, con gli occhiali.

   Verifica: Non ci sono auto, finestre aperte né persone dentro il cerchio; tira poco vento.

4. Posiziona la bottiglia

   Metti la bottiglia da 2 l di cola light dritta al centro, sul pavimento solido, senza agitarla. Se vuoi misurare l'altezza, mettila a 30 cm dalla parete segnata ogni 50 cm.

   Trucco: Se il pavimento non è piano, blocca la base con 4 pietre piatte intorno: la bottiglia non deve traballare.

5. Apri con attenzione

   Svita il tappo piano, in 2–3 secondi, così il gas esce poco alla volta. Esci dal cerchio, lascia il tappo a terra fuori dal cerchio e torna alla bottiglia: il tappo non si rimette mai con le caramelle dentro.

6. Carica il tubo

   Metti il biglietto B sull'imboccatura della bottiglia, con il cerchio guida sopra l'imboccatura. Appoggia il tubo sopra, proprio sul cerchio, e infila dall'alto le 7 Mentos una a una.

   Verifica: Il tubo è verticale e centrato sull'imboccatura; le caramelle poggiano sul biglietto.

7. Preparati a lasciarle cadere

   Tieni il tubo con una mano dalla parte alta e afferra il biglietto con l'altra dall'estremità «TIRA DA QUI». Mettiti di lato, senza la faccia sopra la bottiglia. L'adulto conta: tre, due, uno.

8. Lascia cadere e allontanati

   Tira il biglietto in orizzontale con un colpo solo: le caramelle cadono tutte insieme. Lascia il tubo e allontanati di corsa fino a uscire dal cerchio di 3 m (hai 1 secondo).

   Trucco: Il tubo non passa nell'imboccatura (dentro misura ≈ 23 mm e l'imboccatura 21,5 mm): se lo lasci, resta appoggiato sopra oppure il getto lo lancia via. Non provare a raccoglierlo finché la schiuma non si ferma.

9. Osserva e misura

   Guarda l'altezza massima del getto rispetto ai segni sulla parete oppure filma al rallentatore. Cronometra quanto dura il getto (di solito 3–5 s) e annota quanta bibita resta nella bottiglia.

10. Pulisci

    Aspetta che smetta di uscire schiuma. Butta la bibita rimasta (non si beve: contiene residui di caramella e sporco), metti la bottiglia nel contenitore giallo e sciacqua il pavimento con un secchio d'acqua o con la canna.

Funziona? La prova

Bottiglia da 2 l di cola light a 20–25 °C, 7 Mentos fatte cadere di colpo, accanto a una parete segnata ogni 50 cm o filmata al rallentatore.

Cosa deve succedere: Il getto parte in meno di 1 s, arriva a 2–4 m di altezza e dura 3–5 s. Nella bottiglia resta solo un terzo della bibita o meno.

Se qualcosa non va

• Esce solo un po' di schiuma che trabocca — Bibita già aperta o agitata (ha perso gas), oppure le caramelle sono cadute una alla volta. Soluzione: Usa una bottiglia mai aperta e fai cadere le 7 caramelle insieme tirando il biglietto di colpo.
• Le caramelle si incastrano nel tubo o nel collo — Tubo troppo stretto o caramelle leggermente umide. Soluzione: Arrotola il tubo 1–2 mm più largo; maneggia le caramelle con le mani asciutte e non caricarle troppo presto.
• La schiuma esce prima del tempo e bagna il biglietto — Il tubo non è appoggiato bene e alcune caramelle cadono prima di tirare. Soluzione: Verifica che il biglietto copra tutta l'imboccatura e che il tubo sia centrato sul cerchio guida.
• La bottiglia si rovescia — Pavimento irregolare o morbido. Soluzione: Pavimento piano e duro; blocca con pietre piatte o metti la bottiglia dentro un vaso o un secchio basso.
• Il getto esce storto — Vento o bottiglia inclinata. Soluzione: Mettiti con le spalle al vento, in un angolo riparato, e verifica che la bottiglia sia verticale.
• Resta tutto appiccicoso — Bibita normale con zucchero. Soluzione: Usa cola light o zero, oppure fallo sul prato e innaffia dopo.

Sicurezza

• Sempre all'aperto, con un cerchio di sicurezza di 3 m senza persone, auto né finestre.
• Il tappo non si rimette mai con le caramelle dentro: la pressione può far scoppiare la bottiglia o sparare via il tappo.
• Chi fa cadere le caramelle porta gli occhiali e non mette la faccia sopra la bottiglia.
• Non si beve la bibita rimasta e non si mangiano caramelle e bibita insieme in grandi quantità: non è pericoloso, ma fa stare male e non fa parte dell'esperimento.
• Il pavimento diventa scivoloso: sciacqua con acqua e avvisa prima di correre nella zona bagnata.
• Le caramelle sono piccole: conserva quelle avanzate lontano dai bambini sotto i 3 anni.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Dentro la bibita c'è tantissimo gas nascosto, come se dormisse tutto schiacciato. Per uscire e fare le bolle, il gas ha bisogno di un posto a cui aggrapparsi, come quando ti serve una scala per salire. Le Mentos hanno la pelle piena di buchini minuscoli, e ogni buchino è una scala. Quando cadono tutte insieme, il gas si sveglia nello stesso momento in milioni di punti, diventa bolle e non ci sta più nella bottiglia: schizza fuori dal collo verso l'alto come una fontana.

Per l'adulto

Una bottiglia di bibita viene riempita con CO₂ disciolta a ≈ 3–4 bar; quando la apri, il liquido resta sovrassaturo (contiene circa 3–4 volte più gas di quanto ne terrebbe in equilibrio a 1 atm), ma formare una bolla nuova costa energia a causa della tensione superficiale, quindi il gas esce lentamente. Le Mentos hanno una superficie microscopicamente ruvida (confettatura di zucchero con micropori) che offre milioni di punti di nucleazione eterogenea; inoltre la loro gomma arabica e la gelatina, insieme all'aspartame e al benzoato di potassio della bibita light, riducono la tensione superficiale e favoriscono la crescita delle bolle. Poiché le caramelle sono dense e cadono sul fondo, la nucleazione avviene in tutta la colonna di liquido contemporaneamente: l'espansione del gas spinge il liquido fuori dal collo di ≈ 21,5 mm, che fa da ugello e lo accelera. Una bibita tiepida sale più in alto perché la solubilità della CO₂ diminuisce con la temperatura (c'è più gas «desideroso» di uscire). Non è una reazione chimica: la CO₂ c'era già; è un processo fisico di degassamento.

• gas disciolto: gas mescolato dentro un liquido senza che si vedano bolle.
• nucleazione: la nascita di una bolla in un punto in cui il gas può raccogliersi.
• sovrassaturo: liquido che contiene più gas disciolto di quanto riesca a trattenerne tranquillamente.
• tensione superficiale: la «pelle» del liquido che rende difficile formare bolle nuove.
• pressione: la forza con cui il gas spinge contro ciò che lo circonda.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto carica e fa cadere le caramelle; il bambino aiuta ad arrotolare il tubo, segna il cerchio con il gesso e osserva da fuori. Idea chiave: «la bibita ha del gas nascosto e la caramella lo aiuta a uscire».
• 8–10 anni: Fanno tutto sotto sorveglianza. Fai confrontare due bottiglie cambiando una sola cosa e misurare l'altezza sulla parete.
• 11–12 anni: Progettano una prova con 3 variabili e ripetizioni, misurano con il video e fanno un grafico. Sfida: misurare la CO₂ persa pesando la bottiglia prima e dopo (differenza di massa).

In gruppo o in classe

Come dimostrazione all'aperto: 4–6 bottiglie per tutta la classe, ognuna lanciata da una squadra diversa che cambia una variabile (light/normale, fredda/tiepida, 3/7 caramelle). Prepara prima tubi e biglietti (uno per squadra) e segna in cortile una zona di lancio con un cerchio di 3 m e una parete o un palo con segni ogni 50 cm. Sessione di 30–40 min: 10 min di spiegazione e previsioni, 20 min di lanci, 10 min per confrontare i risultati alla lavagna.

Sfide

• Progetta un ugello (un tappo forato da 6–8 mm, preparato da un adulto) che renda il getto più alto e confrontalo con il getto senza ugello.
• Ottieni il getto più alto con una bottiglia da 1,5 l cambiando solo la temperatura o il numero di caramelle.
• Misura la massa di gas che è scappata pesando la bottiglia prima e dopo.
• Cerca altri oggetti che fanno schiuma nella bibita (sale, zucchero, sabbia) e mettili in ordine dal più efficace al meno efficace.

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