Palombaro in bottiglia

Cosa imparerà

• Che un oggetto galleggia o affonda a seconda che pesi meno o più dell'acqua che sposta (Archimede).
• Che l'aria si può comprimere e l'acqua praticamente no.
• Che la pressione che fai con le mani si trasmette a tutta l'acqua della bottiglia, anche al palombaro (Pascal).
• Come un sottomarino o un pesce cambiano il loro galleggiamento facendo entrare o uscire aria.
• Che regolare qualcosa «al limite» (che galleggi appena) è la chiave perché funzioni.

Prepara prima

• Togli l'etichetta dalla bottiglia e lavala: il palombaro deve vedersi bene.
• Procurati 3–4 bustine diverse (bar, vaschette del cibo a domicilio) per poter scegliere.
• Stampa la scala di profondità B al 100 %.
• Fai tu la prova del bicchiere con una bustina prima della sessione per sapere se serve aggiungere una graffetta.

Materiali e attrezzi

• Bottiglia di plastica con tappo — 1
  di acqua minerale, 1,5 l o 0,5 l, pareti lisce e morbide, senza etichetta e con un tappo che chiuda bene
• Bustine di ketchup — 3–4 (per scegliere la migliore)
  monodose da 9–12 g, senza buchi; quella con una bolla d'aria che si sente al tatto
• Acqua del rubinetto — 1,5 l + un bicchiere per le prove
  a temperatura ambiente
• Graffette metalliche — 4–5
  piccole, da 28 mm (≈ 0,5 g ciascuna)
• Nastro adesivo — 10 cm
  trasparente, per fissare le graffette alla bustina
• Cannuccia di plastica pieghevole — 1 (palombaro alternativo)
  Ø 6 mm, di plastica (quelle di carta si inzuppano)
• Plastilina — una pallina da 1–2 g
  per regolare il peso del palombaro di cannuccia
• Bicchiere alto trasparente — 1
  da 300 ml o più, per la prova di galleggiamento

Attrezzi

• Forbici — tagliare la cannuccia e la scala
• Vassoio o lavandino — lavorarci sopra: riempiendo la bottiglia fino all'orlo l'acqua trabocca
• Caraffa con beccuccio — riempire la bottiglia fino all'orlo

Pezzi e sagome

• A · Palombaro di cannuccia (alternativa) ×1 — cannuccia di plastica Ø 6 mm
• B · Scala di profondità ×1 — carta

Passo passo

1. Prepara la bottiglia

   Togli l'etichetta da una bottiglia d'acqua da 1,5 l o 0,5 l e lavala. Verifica che il tappo chiuda bene stringendolo con la bottiglia piena d'acqua a testa in giù sopra il lavandino.

   Verifica: Dal tappo non deve uscire nemmeno una goccia.

2. Prova le bustine in un bicchiere

   Riempi d'acqua un bicchiere alto e lasciaci cadere ogni bustina di ketchup. Osserva come resta: affondata, galleggiante molto in alto o galleggiante con solo un angolo fuori.

   Verifica: La bustina ideale galleggia con solo 1–3 mm che spuntano sopra l'acqua.

3. Scegli o regola la bustina

   Se una bustina affonda, scartala. Se galleggia troppo (spunta più di 3 mm), attacca una graffetta sul suo bordo inferiore con un pezzo di nastro adesivo di 2 cm e provala di nuovo nel bicchiere.

   Trucco: Aggiungi le graffette una alla volta. Se con una graffetta affonda, toglila e attacca al suo posto una pallina di plastilina più piccola (da 0,2–0,3 g, come una lenticchia) o usa una graffetta più piccola; non provare a tagliare la graffetta, servono le pinze.

4. Riempi la bottiglia

   Metti la bottiglia nel lavandino o su un vassoio e riempila con la caraffa fino a 2 cm dall'orlo. Lascia riposare l'acqua 1 minuto perché salgano le bolle.

5. Metti dentro il palombaro

   Arrotola la bustina nel senso della lunghezza con delicatezza, come un tubo, senza schiacciare la bolla d'aria, e infilala nel collo della bottiglia. Dentro si srotola da sola e sale.

   Trucco: Se non passa dal collo, usa una bottiglia a collo largo (di succo o di frullato) o il palombaro di cannuccia A.

6. Riempi fino a traboccare

   Finisci di riempire la bottiglia finché l'acqua arriva proprio all'orlo e forma una gocciolina curva sopra. Così non resta aria sotto il tappo.

   Verifica: Il palombaro galleggia in alto, sfiorando la superficie.

7. Chiudi forte

   Avvita il tappo con forza; può traboccare un po' d'acqua, è normale. Asciuga la bottiglia all'esterno perché non scivoli dalle mani.

   Verifica: Se sotto il tappo resta una bolla d'aria più grande di un cece, apri, riempi e richiudi.

8. Stringi e lascia

   Afferra la bottiglia con entrambe le mani al centro e stringila con forza. Il palombaro deve scendere fino al fondo. Lascia poco a poco: il palombaro risale.

   Verifica: In una bottiglia da 1,5 l basta una stretta decisa con entrambe le mani; in una da 0,5 l, con una mano sola.

9. Regolazione fine

   Se stringendo con tutta la forza il palombaro non scende, bisogna aggiungere una graffetta; se resta sul fondo quando lasci, bisogna toglierne una. Per estrarre la bustina, apri la bottiglia, versa acqua nel lavandino finché la bustina resta a 3–4 cm dal collo e tirala fuori pinzandola con la cannuccia piegata a V (o con due dita se il collo è largo); dentro si è srotolata, quindi arrotolala di nuovo per rimetterla. Ripeti finché scende con una stretta media e riempi di nuovo fino a traboccare prima di chiudere.

   Trucco: Più è regolato al limite (quasi affondato a riposo), meno forza serve e più è facile controllarlo.

10. Fai il palombaro di cannuccia

    Taglia 100 mm di cannuccia, piegala a U e unisci le punte con una graffetta. Attacca sotto la graffetta una pallina di plastilina da 1 g e prova nel bicchiere: regola la plastilina finché la piega spunta di 2–3 mm.

    Verifica: Stringendo la bottiglia vedrai l'acqua entrare nelle gambe della cannuccia e la bolla accorciarsi.

11. Attacca la scala ed esercitati

    Attacca la scala B all'esterno della bottiglia con lo 0 all'altezza dell'acqua sotto il tappo. Prova a fermare il palombaro a 10 cm allentando la pressione proprio quando ci arriva.

    Trucco: Allenta un po' prima che arrivi al segno: il palombaro ha inerzia e inoltre, più scende, più tende ad affondare.

Funziona? La prova

Con la bottiglia chiusa e il palombaro regolato, stringila con forza crescente e poi lascia. Poi prova a tenerlo fermo all'altezza del segno dei 10 cm della scala B il più a lungo possibile.

Cosa deve succedere: Il palombaro scende in 1–3 s con una stretta decisa e risale in 1–2 s quando lasci. Guardando da vicino, si vede la bolla della bustina (o della cannuccia) rimpicciolirsi quando stringi. Tenerlo fermo a mezza altezza è difficile: con la pratica si riesce per 3–10 secondi.

Se qualcosa non va

• Per quanto stringa, il palombaro non scende — Il palombaro galleggia troppo (molta aria o poco peso), oppure c'è aria sotto il tappo che assorbe la pressione. Soluzione: Aggiungi una graffetta e riempi la bottiglia fino all'orlo prima di chiudere. Verifica di nuovo che nel bicchiere spunti solo 1–3 mm.
• Il palombaro resta sul fondo anche se non stringo — Pesa troppo o la bustina ha perso aria (bucata). Soluzione: Togli una graffetta. Se resta affondato, prova un'altra bustina: se la bustina è bucata, si riempie d'acqua e non c'è rimedio.
• La bustina non entra nel collo della bottiglia — Il collo di una bottiglia normale misura circa 21 mm all'interno. Soluzione: Arrotolala per lungo senza schiacciare la bolla, usa una bottiglia a collo largo o il palombaro di cannuccia A.
• Nessuna delle mie bustine galleggia — Le salse dense (soia, barbecue) e le bustine senza aria affondano. Soluzione: Prova con senape o ketchup. Puoi anche sciogliere 2 cucchiai di sale nell'acqua della bottiglia: l'acqua salata è più densa e spinge di più.
• All'inizio funziona e dopo un po' non scende più — L'acqua si è scaldata nelle tue mani (l'aria si dilata) o è uscita un po' d'acqua. Soluzione: Apri, riempi fino all'orlo con acqua fredda e richiudi.
• Il palombaro di cannuccia perde la sua bolla — La graffetta non chiude bene le punte o la cannuccia si è spiegata e l'aria esce. Soluzione: Piega la cannuccia con una piega ben marcata e aggancia la graffetta sulle due gambe a 5 mm dalla fine.

Sicurezza

• Le bustine di salsa non si aprono né si succhiano dopo l'esperimento: buttale nella raccolta della plastica alla fine.
• Graffette, dadi e plastilina sono pezzi piccoli: fuori dalla portata dei bambini sotto i 3 anni.
• Lavora sopra il lavandino o un vassoio: l'acqua versata sul pavimento fa scivolare.
• Non usare bottiglie di vetro: stringendole o se cadono possono rompersi.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Il palombaro ha dentro una bollicina d'aria che funziona come un salvagente. Quando stringi la bottiglia, spingi l'acqua, e l'acqua spinge la bolla e la fa diventare più piccola, perché l'aria si lascia schiacciare come una spugna. Con un salvagente più piccolo, il palombaro non riesce più a galleggiare e scende. Quando lasci, la bolla si gonfia di nuovo e il palombaro sale. I sottomarini fanno lo stesso: fanno entrare acqua o aria in alcuni serbatoi per scendere o salire.

Per l'adulto

Un corpo immerso riceve una spinta uguale al peso dell'acqua che sposta (Archimede). Il palombaro è regolato in modo che la sua densità media sia appena inferiore a 1 g/cm³ grazie alla piccola sacca d'aria che contiene. Stringendo la bottiglia, l'acqua, praticamente incomprimibile, trasmette l'aumento di pressione a tutto il volume (Pascal); in una bottiglia di PET piena, una stretta decisa alza la pressione di circa 10–30 kPa (0,1–0,3 atm). Secondo la legge di Boyle (p·V = costante a temperatura fissa), la sacca d'aria si riduce nella stessa proporzione (del 10–25 %): il volume totale del palombaro diminuisce, la spinta cala e il suo peso, che non cambia, lo fa affondare. Per questo la regolazione è critica: se il palombaro galleggia con molta riserva, la riduzione di volume che ottieni con le mani non basta. L'equilibrio a mezza altezza è instabile: scendendo, la pressione idrostatica aumenta (1 kPa ogni 10 cm), la bolla si rimpicciolisce ancora un po' e il palombaro diventa ancora più pesante; salendo succede il contrario. Per questo tenerlo fermo richiede di correggere continuamente la pressione della mano, proprio come un sottomarino vero usa le sue casse di zavorra e i timoni di profondità.

• galleggiamento: la capacità di qualcosa di galleggiare; se sale o scende nell'acqua.
• spinta: la forza verso l'alto che l'acqua esercita su ciò che c'è dentro.
• compressione: rendere più piccolo un gas schiacciandolo.
• pressione: quanta forza si fa su ogni pezzetto di superficie.
• zavorra: peso che si aggiunge perché qualcosa affondi quanto basta (qui, la graffetta).

Per età

• 5–7 anni: L'adulto regola il palombaro; il bambino lo mette dentro, chiude e lo comanda con una bottiglia da 0,5 l. Parla della «bolla-salvagente» che diventa piccola.
• 8–10 anni: Fanno loro la prova del bicchiere e regolano le graffette. Confrontano bustina e cannuccia e spiegano con parole loro perché scende.
• 11–12 anni: Collegano con Archimede e Boyle. Misurano quante graffette servono e calcolano la massa aggiunta (≈ 0,5 g ciascuna). Sfida: il record del palombaro fermo e spiegare perché l'equilibrio è instabile.

In gruppo o in classe

Coppie con 1 bottiglia da 0,5 l, 2 bustine o una cannuccia, 3 graffette e plastilina. Una postazione comune con 3–4 bicchieri di prova e una caraffa. Lavorare su vassoi o in cortile. Durata: 30 min (5 dimostrazione, 15 regolazione e montaggio, 10 gara del palombaro fermo con la scala B). Tieni bustine di ricambio: qualcuna arriverà bucata.

Sfide

• Fai in modo che il tuo palombaro resti fermo più di 10 secondi al segno dei 10 cm.
• Costruisci un palombaro che scenda da solo quando metti la bottiglia in frigorifero e risalga quando la tiri fuori (pensa a che cosa succede all'aria con il freddo).
• Metti dentro tre palombari regolati in modo diverso e falli scendere uno alla volta, come un ascensore.
• Costruisci un palombaro a forma di sottomarino di plastilina intorno a una cannuccia e decoralo con un pennarello indelebile.
• Usa acqua salata in una bottiglia e dolce in un'altra con lo stesso palombaro: in quale è più difficile farlo affondare?

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