Palla di neve in un barattolo

Cosa imparerà

• Che la viscosità di un liquido (quanto è denso) frena gli oggetti che ci cadono dentro: con la glicerina i brillantini ci mettono 3–5 volte di più ad arrivare sul fondo.
• Che ci sono cose che affondano e cose che galleggiano a seconda della loro densità rispetto a quella del liquido (i brillantini affondano; il polistirolo galleggia).
• Che le particelle piatte cadono più piano e «planando» rispetto a quelle rotonde dello stesso materiale.
• A fare un esperimento corretto: cambiare una sola cosa (la quantità di glicerina) e misurare il tempo della nevicata.

Prepara prima

• Il giorno prima: lava il barattolo e il coperchio con acqua calda e sapone, togli l'etichetta e asciugali.
• Fai bollire 300 ml di acqua per 2 minuti e lasciala raffreddare coperta.
• Verifica che la statuina e il tappo-piedistallo passino dalla bocca del barattolo e che il coperchio chiuda con loro montati.
• Incolla la statuina (passaggi 1–3) per tempo: epossidica almeno 1 h prima, silicone 24 h prima.
• Se il barattolo è di vetro e i bambini sono piccoli, tieni pronta la versione con il barattolo di plastica.

Materiali e attrezzi

• Barattolo di vetro con coperchio a vite — 1
  ≈ 370 ml (di marmellata o conserve), Ø ≈ 70 mm, bocca ≈ 55–60 mm, coperchio metallico che chiuda senza arrugginire
• Statuina di plastica — 1
  di plastica dura, max 45 mm di altezza e che passi dalla bocca del barattolo (quelle degli ovetti Kinder, Playmobil, decorazioni per torte)
• Tappo di plastica — 1
  Ø 30 mm, di bottiglia, come piedistallo (≈ 15 mm di altezza)
• Glicerina liquida — 110 ml da comprare
  glicerina vegetale o da farmacia (glicerolo), trasparente
• Acqua — 230 ml
  bollita 2 minuti e raffreddata, o acqua distillata (da ferro da stiro, senza profumo)
• Brillantini — 1 cucchiaino raso (≈ 3–5 g)
  di plastica (non di carta), misto fini e grossi, argento, bianchi o iridescenti
• Detersivo per piatti — 1 goccia
  trasparente
• Colla epossidica da 5 minuti — 1 dose
  bicomponente trasparente, resistente all'acqua
• Carta vetrata — 1 pezzo da 5 × 5 cm
  grana 120, per graffiare l'interno del coperchio
• Nastro isolante o di teflon — 30 cm
  per sigillare la filettatura

Attrezzi

• Misurino o caraffa graduata — misurare acqua e glicerina
• Cucchiaino e bastoncino di legno — versare i brillantini e mescolare
• Pentolino — far bollire l'acqua (o preparare lo sciroppo) adulto
• Vassoio e strofinaccio — lavorarci sopra: qualcosa si rovescia sempre
• Cronometro (cellulare) — misurare quanto dura la nevicata

Pezzi e sagome

• A · Fascia decorativa del coperchio ×1 — cartoncino o carta da regalo
• B · Paesaggio di sfondo ×1 — cartoncino 200 g/m²

Passo passo

1. Carteggia il coperchio e il tappo adulto

   Graffia con la carta vetrata il centro dell'interno del coperchio (un cerchio di 3 cm) e le due facce del tappo-piedistallo: il bordo dell'apertura (l'anello che si incollerà al coperchio) e la faccia piatta in alto (dove andrà la statuina), finché diventano opachi. La colla fa molta più presa su una superficie ruvida.

2. Incolla il piedistallo adulto

   Metti la colla epossidica sul bordo carteggiato del tappo da 30 mm (mescola i due componenti in parti uguali) e incollalo capovolto al centro dell'interno del coperchio, con l'anello appoggiato sulla zona carteggiata. Così la statuina sarà 15 mm più in alto e non si nasconderà dietro il bordo del coperchio.

   Verifica: Appoggia il coperchio sul barattolo capovolto (senza avvitare): il piedistallo deve essere centrato.

3. Incolla la statuina adulto

   Incolla la statuina sopra il tappo con un'altra goccia di epossidica, rivolta in avanti. Lascia indurire 1 ora (epossidica da 5 min) o 24 ore se usi il silicone.

   Verifica: Trascorso il tempo di indurimento, spingi piano la statuina con un dito: non deve muoversi per niente.
   Trucco: Se la statuina è molto leggera e cava, riempila prima con un po' di silicone: con l'aria dentro tende a galleggiare e a staccarsi.

4. Verifica le misure

   Infila la statuina con il coperchio nel barattolo vuoto e avvita. Verifica che la statuina non tocchi il vetro e che il coperchio chiuda completamente.

5. Mescola il liquido

   Nella caraffa, mescola 230 ml di acqua bollita e fredda con 110 ml di glicerina (proporzione 2:1). Mescola 30 secondi finché non vedi più «fili» trasparenti che si muovono.

   Trucco: Senza glicerina: sciogli 120 g di zucchero in 120 ml di acqua calda, lascia raffreddare e mescolalo con 200 ml di acqua.

6. Riempi il barattolo

   Versa il liquido nel barattolo fino a 2 cm sotto l'orlo. La statuina occuperà spazio quando la infili: così non trabocca.

7. Aggiungi la neve

   Versa 1 cucchiaino raso di brillantini (o metà brillantini e metà guscio d'uovo tritato) e 1 goccia di detersivo per piatti. Mescola con il bastoncino finché tutti i brillantini affondano.

   Verifica: Non devono restare brillantini a galla in superficie: se ne restano, mescola ancora o aggiungi un'altra goccia di detersivo.

8. Prova la velocità

   Mescola forte e cronometra quanto ci mettono quasi tutti i brillantini ad arrivare sul fondo. L'ideale è 20–40 secondi. Se cadono in meno di 15 s, aggiungi altri 30 ml di glicerina; tra 15 e 20 s, aggiungine 15 ml. Se ci mettono più di 40 s, aggiungi 30 ml di acqua bollita e fredda (con troppa glicerina la neve resta sospesa a metà altezza). Prima di aggiungere, togli con un cucchiaio la stessa quantità di miscela perché il livello resti a 2 cm dall'orlo, e ripeti la prova.

   Verifica: Dopo la regolazione, i brillantini ci mettono tra 20 e 40 secondi a cadere.

9. Inserisci la statuina e chiudi

   Immergi piano la statuina capovolta nel liquido perché non schizzi, e avvita il coperchio. Se trabocca, asciuga; se resta molta aria, apri e aggiungi liquido fin quasi all'orlo.

   Verifica: Capovolgendolo, la bolla d'aria deve essere come una lenticchia o un cece, non più grande.

10. Sigilla la filettatura adulto

    Asciuga la filettatura, svita un po', metti un cordoncino sottile di silicone (o 2 giri di nastro di teflon) sulla filettatura del barattolo e riavvita forte. All'esterno, avvolgi un giro di nastro isolante sulla giunzione coperchio–vetro.

11. Decora

    Incolla la fascia decorativa A intorno al bordo del coperchio e il paesaggio B all'esterno sul retro del barattolo, con nastro trasparente sui bordi.

12. Fai nevicare

    Capovolgi il barattolo (coperchio sul tavolo, statuina in piedi) e agitalo per 3 secondi. Lascialo fermo sul tavolo e guarda come nevica intorno alla statuina.

Funziona? La prova

Agita il barattolo per 3 secondi, lascialo sul tavolo e cronometra finché quasi tutti i brillantini sono sul pavimento della scena (sopra il coperchio). Ripeti 3 volte e fai la media.

Cosa deve succedere: Con sola acqua la nevicata dura ≈ 8–12 s. Con 1 parte di glicerina e 2 di acqua, ≈ 25–40 s; le particelle piatte scendono planando e luccicando. Dopo 24 h capovolto non deve esserci nemmeno una goccia sul tavolo.

Se qualcosa non va

• I brillantini cadono troppo in fretta — Poca glicerina o brillantini troppo grossi. Soluzione: Aggiungi glicerina 30 ml alla volta (fino a metà e metà) o usa brillantini più fini.
• I brillantini restano a galla in alto — Tensione superficiale: i brillantini asciutti non si bagnano. Soluzione: Aggiungi 1 goccia di detersivo per piatti e mescola; mai più di 2 gocce (fa schiuma).
• La statuina si stacca — Superfici lisce non carteggiate, colla non indurita o colla non resistente all'acqua. Soluzione: Svuota, lascia asciugare 1 giorno, carteggia e incolla di nuovo con l'epossidica aspettando tutto il tempo di indurimento.
• L'acqua diventa torbida o gialla in qualche settimana — Acqua del rubinetto con microbi, sciroppo che fermenta, statuina dipinta che stinge o coperchio che arrugginisce. Soluzione: Usa acqua bollita o distillata, glicerina invece dello zucchero e statuine di plastica non dipinte; vernicia il coperchio all'interno o usa un barattolo con coperchio di plastica.
• Gocciola dal coperchio — Filettatura non sigillata o coperchio con la guarnizione rovinata. Soluzione: Sigilla con silicone sulla filettatura e nastro isolante all'esterno; cambia il coperchio se la guarnizione è rotta.
• C'è una grossa bolla d'aria — È stato riempito poco o la statuina è piccola. Soluzione: Apri e rabbocca con altra miscela fin quasi all'orlo prima di chiudere.

Sicurezza

• Vetro: se il barattolo cade può rompersi; con bambini di 5–7 anni usa un barattolo di plastica o lavora su un vassoio e un asciugamano.
• L'epossidica e il silicone li applica un adulto in un ambiente ventilato; non toccare la colla non indurita e lavarsi le mani.
• I brillantini non si mangiano e si attaccano agli occhi: non stropicciarsi gli occhi con le mani piene di brillantini; lavarsi le mani alla fine.
• Se usi acqua bollita o sciroppo caldo, aspetta che sia freddo prima che i bambini lo tocchino.
• Rifiuti: il liquido con i brillantini non si butta nel lavandino in grandi quantità (sono microplastiche): filtralo con un filtro da caffè e butta i brillantini nella spazzatura.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Quando agiti il barattolo, i brillantini salgono e poi vogliono cadere, perché pesano più dell'acqua. Ma per cadere devono spostare l'acqua che hanno davanti. Se l'acqua è densa, come il miele, fanno molta più fatica a spostarla e cadono pian piano, come se avessero un paracadute. Per questo la neve dura molto di più con la glicerina. E siccome i brillantini sono piatti, ondeggiano scendendo come le foglie di un albero.

Per l'adulto

Una particella che cade in un liquido raggiunge subito una velocità terminale in cui il suo peso apparente (peso meno spinta di Archimede) eguaglia la forza di resistenza. Per particelle piccole e lente (numero di Reynolds basso) vale la legge di Stokes: v = 2·(ρp − ρf)·g·r² / (9·μ). La velocità è inversamente proporzionale alla viscosità μ e proporzionale alla differenza di densità. I brillantini di PET hanno ρ ≈ 1,38 g/cm³; l'acqua 1,00 g/cm³ e μ ≈ 1 mPa·s. Una miscela con 1/3 di glicerina ha ρ ≈ 1,08 g/cm³ e μ ≈ 2,5–3 mPa·s: la viscosità triplica e la differenza di densità scende da 0,38 a 0,30, quindi la caduta è ≈ 3–4 volte più lenta. Al 50 % (μ ≈ 6 mPa·s) è ≈ 8 volte più lenta. Le particelle piatte inoltre oscillano e planano (caduta «a foglia morta»), il che allunga il loro percorso e dà l'effetto neve. Il polistirolo espanso (ρ ≈ 0,02–0,05 g/cm³) ha ρp < ρf e galleggia: non va bene. La goccia di tensioattivo (detersivo per piatti) abbassa la tensione superficiale perché le particelle asciutte si bagnino e non restino sostenute in superficie. Lo sciroppo funziona per lo stesso motivo (una soluzione di zucchero al 50 % ha μ ≈ 15 mPa·s), ma può fermentare.

• viscosità: quanto è denso un liquido: il miele è molto viscoso, l'acqua poco.
• densità: quanto pesa un pezzo di materiale rispetto alla sua grandezza; ciò che è più denso dell'acqua affonda.
• galleggiare: restare in superficie in un liquido perché si è meno densi di lui.
• sedimentare: depositarsi a poco a poco sul fondo delle particelle che erano sospese in un liquido.
• glicerina: liquido trasparente, denso e dolciastro che si mescola con l'acqua e la addensa.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto incolla la statuina e sigilla. Il bambino misura l'acqua e la glicerina con la caraffa, versa i brillantini, mescola, cronometra con un aiuto e decora il coperchio. Meglio un barattolo di plastica.
• 8–10 anni: Fanno tutto tranne l'epossidica e la sigillatura; preparano due versioni (con e senza glicerina) e confrontano i tempi.
• 11–12 anni: Fanno l'esperimento delle 4 concentrazioni con un grafico tempo–% di glicerina e spiegano la legge di Stokes con parole loro.

In gruppo o in classe

Individuale o a coppie. L'adulto incolla le statuine sui coperchi il giorno prima (epossidica). Per tavolo da 4: una caraffa con la miscela 2:1 già pronta, un barattolino di brillantini con cucchiaino e detersivo per piatti. 30 min: 5 min di dimostrazione (bicchiere di sola acqua contro bicchiere con glicerina), 15 per riempire e chiudere, 10 per decorare e cronometrare. La sigillatura delle filettature la fa l'adulto alla fine. Tieni vassoi e strofinacci, e barattoli di plastica per i più piccoli.

Sfide

• Ottieni una nevicata che duri esattamente 1 minuto regolando la glicerina.
• Fai una palla di neve con due «nevi» che cadano a velocità diverse.
• Progetta una palla di neve in cui qualcosa salga invece di scendere (indizio: qualcosa di meno denso della miscela, legato con un filo).
• Aggiungi un LED con pila a bottone sotto il coperchio (all'esterno, su una base di cartone) per illuminare la nevicata di notte.

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