Latte con colori che si muovono

Cosa imparerà

• Che la superficie di un liquido è tesa e che il detersivo riduce quella tensione.
• Che quando la superficie tira più forte da un lato che dall'altro, il liquido si muove verso dove tira di più (effetto Marangoni).
• Che il detersivo ha molecole con una parte che si lega all'acqua e un'altra al grasso, e per questo pulisce.
• Che il grasso del latte fa durare di più il movimento: con il latte scremato o con l'acqua dura meno.

Prepara prima

• Copri il tavolo con carta di giornale o una tovaglia di plastica e fai indossare ai bambini vestiti vecchi o un grembiule.
• Sciacqua bene i piatti con sola acqua: un residuo di sapone nel piatto fa muovere i colori prima del tempo.
• Apri i coloranti e verifica che gocciolino una goccia alla volta.
• Metti 1 ml di detersivo per piatti in un tappo, lontano dai piatti.
• Se vuoi stampare, ritaglia il disco A nella carta da acquerello o nel cartoncino.

Materiali e attrezzi

• Latte intero — 200 ml per piatto (+ 200 ml di scremato per confrontare)
  intero (3,5 % di grassi), a temperatura ambiente o appena tolto dal frigorifero
• Coloranti alimentari liquidi — 4 colori (rosso, blu, giallo, verde) da comprare
  da pasticceria, liquidi, in flacone con contagocce
• Detersivo per piatti — 1 ml (un goccio in un tappo)
  per lavare a mano, concentrato
• Cotton fioc — 4–6
  uno nuovo per ogni prova
• Piatto fondo bianco — 1 (2–3 per confrontare)
  liscio, Ø 20–24 cm, pulito e sciacquato senza residui di sapone
• Carta di giornale o tovaglia di plastica — 1
  per proteggere il tavolo: il colorante macchia
• Carta da acquerello o cartoncino bianco — 1 foglio (facoltativo)
  per stampare il disegno (disco A)

Attrezzi

• Misurino — misurare 200 ml di latte
• Tappo di bottiglia — metterci il detersivo per bagnare il cotton fioc
• Cellulare o fotocamera — fotografare o filmare i vortici
• Microonde o pentolino — intiepidire il latte per l'esperimento della temperatura adulto

Pezzi e sagome

• A · Disco per stampare il disegno ×2 — carta da acquerello o cartoncino 200 g/m²

Passo passo

1. Proteggi il tavolo

   Stendi carta di giornale o una tovaglia di plastica e appoggiaci sopra il piatto fondo bianco, in un punto dove non dovrai spostarlo dopo.

2. Versa il latte

   Misura 200 ml di latte intero con il misurino e versalo nel piatto fino a coprire tutto il fondo con ≈ 1 cm di profondità.

   Verifica: Il fondo del piatto non si vede in nessun punto.

3. Aspetta che sia fermo

   Aspetta 1 minuto senza toccare il piatto né il tavolo, finché la superficie del latte è completamente liscia e ferma.

4. Metti le gocce di colore

   Metti 1 goccia di ogni colorante a 3–3,5 cm dal centro (così restano a 4–5 cm l'una dall'altra), come i 4 angoli di un quadrato, senza che si tocchino. Lascia cadere ogni goccia da 1–2 cm di altezza.

   Verifica: Le gocce restano rotonde e quasi ferme sulla superficie.

5. Bagna il cotton fioc

   Bagna la punta di un cotton fioc pulito nel tappo con il detersivo per piatti, in modo che sia inzuppata ma senza gocciolare.

6. Tocca il centro e non muoverti

   Appoggia la punta del cotton fioc al centro del piatto, proprio sulla superficie (senza arrivare al fondo), e tienilo fermo per 10–15 secondi.

   Verifica: In meno di 1 secondo i colori schizzano verso il bordo.

7. Osserva i vortici

   Togli il cotton fioc e osserva senza toccare per 1–2 minuti: i colori continuano a girare e a mescolarsi in vortici anche se non tocchi più niente.

   Trucco: Registra un video al rallentatore dall'alto per vedere la prima «esplosione».

8. Secondo tocco

   Quando il movimento si calma, tocca di nuovo con il cotton fioc bagnato in un altro punto, per esempio a 3 cm dal bordo. Confronta il disegno con il primo.

9. Stampa il disegno (facoltativo)

   Appoggia il disco A piatto sul latte per 5 secondi, sollevalo da un bordo e lascialo asciugare su un giornale, con il colore verso l'alto, per 30 minuti.

10. Riordina

    Butta il latte nel lavandino (non si beve: contiene detersivo) e lava il piatto con acqua e sapone. Se ti sei macchiato, lava subito con acqua fredda.

Funziona? La prova

Piatto con 200 ml di latte intero, 4 gocce di colorante a 3–3,5 cm dal centro e cotton fioc con il detersivo al centro.

Cosa deve succedere: Al tocco, i colori si allontanano dal centro in meno di 1 secondo e avanzano di diversi centimetri verso il bordo. Per 1–2 minuti continuano a formare vortici e spirali senza toccare niente. Un secondo tocco dà un'altra esplosione, più piccola.

Se qualcosa non va

• I colori si muovono prima di toccare con il cotton fioc — Il piatto aveva residui di sapone. Soluzione: Sciacqua il piatto 2–3 volte con sola acqua e ricomincia con latte nuovo.
• Al tocco non succede quasi niente — Latte scremato, troppo poco detersivo o latte già usato. Soluzione: Usa latte intero nuovo e inzuppa bene la punta del cotton fioc.
• Le gocce di colore affondano e spariscono — Troppo latte (molto profondo) o gocce lasciate cadere da troppo in alto. Soluzione: Usa solo ≈ 1 cm di latte e lascia cadere le gocce da 1–2 cm.
• Diventa tutto marrone subito — Gocce troppo vicine o hai mescolato con il cotton fioc. Soluzione: Distanzia le gocce di 4–5 cm tra loro e tieni fermo il cotton fioc.
• Il colorante in gel non si allarga — Il gel è troppo denso. Soluzione: Diluiscilo: una punta di coltello di gel in un cucchiaino d'acqua.

Sicurezza

• Il latte con il detersivo non si beve: buttalo alla fine.
• Il colorante macchia vestiti, legno e mani per ore: proteggi il tavolo e usa vestiti vecchi.
• Detersivo per piatti: se schizza negli occhi, sciacqua con molta acqua.
• Se si intiepidisce il latte, deve farlo un adulto e non deve superare i 40 °C (tiepido al tatto).
• Allergia al latte: toccarlo non è pericoloso, ma quei bambini devono lavarsi le mani alla fine.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

La superficie del latte è tesa come la pelle di un tamburo, e le gocce di colore ci stanno appoggiate sopra. Quando tocchi il centro con il sapone, la pelle si allenta proprio lì, e il resto della pelle, che è ancora tesa, tira verso il bordo e si porta via i colori di corsa. Inoltre il sapone cerca le goccioline di grasso del latte per afferrarle, e in quell'andare e venire mescola i colori come un frullatore molto delicato.

Per l'adulto

Il latte intero è un'emulsione di globuli di grasso (≈ 3,5 %) e proteine (caseine) in acqua. La sua superficie ha una tensione superficiale di ≈ 0,045–0,05 N/m. Le gocce di colorante (acquoso, un po' più denso) restano sulla superficie e si diffondono appena perché il latte è fermo. Il detersivo per piatti contiene tensioattivi anionici e non ionici: molecole con testa idrofila e coda idrofoba che si dispongono subito in superficie e la abbassano a ≈ 0,03 N/m. Quel gradiente di tensione trascina lo strato superficiale dalla zona con il sapone (bassa tensione) verso la zona pulita (alta tensione): è l'effetto Marangoni, responsabile dell'«esplosione» iniziale, che muove anche le gocce di colore. Sotto, il liquido ritorna verso il centro e forma celle di circolazione. Il movimento successivo, che dura minuti, è dovuto al fatto che il tensioattivo continua a diffondersi, si adsorbe sui globuli di grasso e sulle proteine e forma micelle, rinnovando gradienti locali di tensione. Per questo con il latte scremato l'effetto è più breve e con l'acqua c'è solo una breve spinta (e in più il colorante affonda e si diffonde nell'acqua). È lo stesso meccanismo che permette al sapone di staccare il grasso da piatti e vestiti.

• tensione superficiale: forza con cui la superficie di un liquido resta tesa, come la pelle di un tamburo.
• tensioattivo: sostanza, come il detersivo, che allenta quella tensione.
• emulsione: miscuglio di goccioline di grasso sparse nell'acqua senza unirsi, come il latte.
• micella: pallina formata da molecole di sapone che circondano una goccia di grasso.
• effetto Marangoni: movimento di un liquido da dove la sua superficie tira di meno verso dove tira di più.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto versa il latte e apre i coloranti; il bambino mette le gocce (con aiuto) e tocca con il cotton fioc. Messaggio: «il sapone spinge i colori».
• 8–10 anni: Fanno tutto e confrontano il latte intero con quello scremato o con l'acqua, cronometrando quanto dura il movimento.
• 11–12 anni: Fai progettare l'esperimento del grasso con quattro piatti (scremato, parzialmente scremato, intero, panna diluita), misurare la durata e fare un grafico della durata in funzione della percentuale di grassi.

In gruppo o in classe

Squadre da 3, un piatto per squadra (8 piatti per 25 bambini), 2 L di latte intero in totale e un set di coloranti ogni 2 squadre. L'insegnante distribuisce il detersivo nei tappi alla fine, quando tutti hanno messo le gocce, e la classe tocca insieme al tre. Poi ogni squadra prova una variabile (scremato, acqua, tiepido). 30 min + 10 per riordinare. Proteggere i tavoli è indispensabile.

Sfide

• Fai formare ai colori una spirale toccando con il cotton fioc in un punto diverso dal centro.
• Fai viaggiare una sola goccia di colore da un lato all'altro del piatto senza toccarla direttamente.
• Crea un biglietto di auguri stampando il disegno con il disco A.
• Prova con panna, latte d'avena e latte di soia e mettili in ordine dal più al meno spettacolare. Corrisponde alla loro quantità di grassi?

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