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In questa attività, gli studenti esaminano diversi scenari, che mostrano come un gas occupi spazio e imparano cosa succede quando gli oggetti colpiscono l'atmosfera. L'attività può essere seguita da lezioni sull'atmosfera ei suoi diversi strati o attività sui gas serra.
Materiali
Attività di follow-up: bottiglia di vetro, imbuto, nastro adesivo (oppure un O-ring o una guarnizione di gomma reperibile in negozi per fai da te), acqua
Obiettivi
L’obiettivo è quello di comprendere che i gas occupano spazio e come questo fatto sia connesso a situazioni reali che lo dimostrino.
Obiettivi di apprendimento
Contesto
L’aria occupa spazio.
Uno strato di aria, chiamato atmosfera, avvolge la Terra come una spessa coperta. Le piante e gli animali usano l’aria dell’atmosfera per sopravvivere.
Anche se l’atmosfera si estende di gran lunga sopra la superficie terrestre, la maggior parte dell’aria è concentrata nei 5 chilometri (3 miglia) più bassi, questo perché la gravità agisce sull’aria tirandola verso la superficie della Terra. Tanto più alto si sale in atmosfera, tanto più l’aria diventa rarefatta. Questo significa che ogni respiro contiene meno aria (e quindi meno ossigeno), per questo motivo gli scalatori di montagne che si avventurano su cime molto alte hanno più difficoltà a respirare in alta quota.
L’aria è fatta di una varietà di gas (principalmente azoto e ossigeno) e altre particelle. I meteoriti o le navicelle spaziali che raggiungono la Terra ad alte velocità possono esplodere quando raggiungono l’atmosfera, questo perché la forza con cui i meteoriti o le astronavi colpiscono l’atmosfera può rilasciare molto calore. I meteoriti in genere si disintegrano e vengono bruciati quando entrano in contatto con l’atmosfera terrestre, diventando spettacolari meteore, alcuni possono arrivare a terra e creare dei grandi buchi chiamati crateri. Per evitare che le astronavi in rientro in atmosfera a velocità molto elevate (fino a 28000 km/h) facciano la stessa fine, vengono adottate misure di sicurezza come rallentare l’astronave o l’uso di materiali molto resistenti al calore.
Descrizione completa
Accedere al video di una meteora che esplode al contatto con l’atmosfera potrebbe risultare utile , ad es. la meteora Chelyabinsk che è esplosa sopra agli Urali in Russia nel febbraio 2013. Scarica qui o guarda online presso https://goo.gl/xbFisl
Domande per attivare la discussione:
Mostrate il video di una meteora che esplode nel cielo. Discutete perché la meteora abbia fatto tanta strada nello spazio (nel vuoto) senza esplodere, e perché non è arrivata ad esplodere sulla superficie terrestre (ha incontrato la resistenza dell’atmosfera). Chiedere agli studenti di offrire alcune spiegazioni.
Altre discussioni potrebbe essere sviluppate attorno al fatto che l’aria è necessaria per la nostra vita, sfruttando a titolo di esempio gli astronauti che portano ossigeno con sé nello spazio. Gli studenti riescono a richiamare altri oggetti che contengono aria? (pneumatici di bici e macchine, bolle, palle da calcio…).
Domande suggerite - Si può vedere l’aria? Se ne può sentire l’odore, il sapore o la sensazione al tatto? (Probabilmente la risposta sarà no. Ma l’aria in movimento produce suoni e sensazioni, ad esempio in una giornata ventosa o vicino ad un ventilatore). Si può vedere l’aria se presenta impurità? (ad esempio si può vedere la polvere in un raggio di sole o del fumo). - Se svuotiamo questa stanza (rimuoviamo oggetti e persone), cosa rimane? (Niente? Ne siete sicuri? Rimane l’aria a riempire lo spazio vuoto).
Passo 1
Prendete un palloncino e gonfiatelo (ad esempio riempitelo con dell’aria, ma senza farlo esplodere!)
Passo 2
Chiedete agli studenti di versare acqua nell’imbuto e osservate cosa succede (l’acqua riempirà la bottiglia).
Potete descrivere cosa accade? (Quando l’aria dai vostri polmoni entra all’interno del palloncino, occupa spazio. Il palloncino si espande perché l’aria al suo interno ha bisogno di spazio).
Passo 1
Tirate lo stantuffo della siringa verso di voi, poi spingetelo di nuovo nel tubo della siringa. È stato facile? Cosa succedeva all’interno della siringa? (La siringa si è riempita di aria che è stata nuovamente spinta fuori).
Chiedete agli studenti di versare acqua nell’imbuto e osservate cosa succede (l’acqua riempirà la bottiglia).
Passo 2
Tirate di nuovo lo stantuffo, questa volta coprite l’altro lato della siringa con il vostro dito. Premete lo stantuffo. È stato facile? Cosa avete provato? Potete spiegare cos’è successo all’interno della siringa? C’è stata qualche differenza questa volta, se sì perché? (È facile spingere un pochino lo stantuffo, ma diventa più difficile perché l’aria intrappolata nella siringa resiste alla spinta. Più l’aria viene compressa, più è difficile spingere lo stantuffo).
Passo 3
Lascia andare lo stantuffo. Che succede? (Lo stantuffo torna indietro e poi si ferma). Perché pensi che questo accada? (L'aria che è stata compressa nella siringa si espande al suo stato originale e spinge indietro lo stantuffo).
Usando due siringhe della stessa dimensione:
Passo 1
Spingete lo stantuffo di una delle siringhe completamente e collegatela al tubo di plastica.
Passo 2
Spingete solo parzialmente l'estremità dell'altra siringa e le attacchi il tubicino. (Questo per assicurarsi che le siringhe non vengano espulse dal tubo).
Passo 3
Prevedi cosa accadrà all'altra siringa quando spingi dentro e fuori una siringa? Ora prova e vedi! (L'altra siringa esce).
Passo 4
Perché succede? (L'aria intrappolata ha il potere di muovere le cose).
Passo 5
Puoi confrontare quanto si sono spostate entrambe le siringhe? (Approssimativamente lo stesso).
Passo 6
Ripetere l'attività di cui sopra utilizzando due siringhe di dimensioni diverse.
Passo 7
Pensi che questa volta le siringhe si sposteranno alla stessa distanza? Prova e vedi! Cosa noti? C'è qualche connessione tra le dimensioni delle siringhe e le distanze che percorrono? (Una siringa piccola spinge una siringa più grande per una piccola distanza. Una siringa grande può spingere una siringa piccola per una distanza molto maggiore).
Bloccate il fondo di una cannuccia stretta con un gommino adesivo tipo Pattafix. Cercate di riempire la cannuccia versando dell’acqua da sopra con contagocce. È stato difficile? Se sì, perché non è stato facile? (L’aria riempiva la cannuccia e non c’era spazio per dell’acqua). Rimuovete lentamente il gommino. Cosa succede e perché? (L’acqua inizia a scendere perché l’aria esce dal fondo della cannuccia).
Passo 1
Appallottolate un fazzoletto in una palla e spingetelo fermamente sul fondo di un bicchiere alto in modo che non caschi se il bicchiere viene capovolto (un paio di fazzoletti ben compattati hanno meno possibilità di cadere di un singolo fazzoletto). Pensate a cosa potrebbe succedere al fazzoletto se il bicchiere viene immerso capovolto in acqua.
Passo 2
Capovolgete il bicchiere sottosopra e inseritelo nella ciotola contenente l’acqua facendo attenzione a non inclinarlo. Tiratelo fuori e tastate il fazzoletto. Cosa notate? Perché pensate che il fazzoletto non si sia bagnato? (L’aria ha impedito all’acqua di entrare nel bicchiere).
Passo 3
Discutere dove possono verificarsi sacche d'aria: nelle condutture dell'acqua, nelle canoe capovolte, nei radiatori del riscaldamento centralizzato, ecc.
Passo 4
Discutete di cos’è il vuoto.
Come si chiama lo strato d'aria che circonda la Terra? (L'atmosfera).
Cosa succede quando le cose si schiantano nell'atmosfera? (La discussione potrebbe includere il calore causato dall'attrito. Gli studenti possono strofinare o battere le mani - cosa provano? Gli aerei prendono fuoco quando si schiantano a causa del calore intenso).
Pensa ai veicoli spaziali che tornano sulla Terra ad alta velocità dopo una missione nello spazio, cosa incontrano per primi? (Aria, cioè l'atmosfera). Cosa pensi che abbia a che fare? (Rallentare). Altrimenti cosa succederebbe? (Si romperebbe e brucerebbe).
Come pensi che si possa evitare che un'astronave bruci? (È rivestito di materiali isolanti, e inoltre rallenta).
1) L’aria è una miscela di gas che consiste di azoto, ossigeno, anidride carbonica, argon e altri gas
Approssimativamente che percentuale dell’aria consiste di (i) azoto e (ii) ossigeno?
Qual è approssimativamente il rapporto tra azoto e ossigeno nell’aria?
Puoi convertire queste percentuali in numeri decimali?
2) Nell’attività 3, usate due siringhe di diverse dimensioni connesse da un tubo, calcolate il rapporto tra le dimensioni delle due siringhe. Misura poi la distanza di cui le due siringhe si sono mosse.
C’è un legame tra questi due rapporti?
Investiga quale combinazione di siringhe dà il maggior movimento.
Analisi/Conclusioni : L’aria occupa spazio (anche se non la possiamo vedere).
Passo 1
Appoggiate l’imbuto alla bocca di una bottiglia e chiedete agli studenti di pensare a cosa accadrà quando versano dell’acqua nell’imbuto.
Passo 2
Chiedete agli studenti di versare acqua nell’imbuto e osservate cosa succede (l’acqua riempirà la bottiglia).
Passo 3
Ora assicurate l’imbuto alla bottiglia in modo tale che non ci sia spazio tra i due. QUESTO SPAZIO DEVE ESSERE ERMETICO . Gli studenti dovranno pensare nuovamente a cosa accadrà una volta che verrà versata dell’acqua nell’imbuto. Fategli poi versare dell’acqua nell’imbuto.
Nota : Può essere difficile ottenere una chiusura completamente ermetica. Un O-ring di gomma o una guarnizione, disponibili nei negozi di fai da te, posti attorno al collo dell’imbuto che dovrà poi essere spinto poi bene nella bottiglia può produrre un buon livello di ermeticità (anche del nastro adesivo stretto bene può funzionare).
Passo 4
Osservate cosa succede. Cosa vedete? Cosa sentite? Perché l’acqua ha fatto difficoltà ad entrare nella bottiglia? (L’aria occupava l’interno della bottiglia e si è opposta all’acqua). Cos’altro notate? (Se lo spazio tra imbuto e bottiglia è completamente ermetico, l’acqua non entrerà nella bottiglia perché l’aria è intrappolata al suo interno e si opporrà. Se vi è una leggera fuga di aria, vi sarà un suono – glug glug – dell’acqua che entra mentre le bolle di aria escono dalla fuga).
Gli studenti possono:
Image credit: NASA/SpaceX
"È sicuramente un bolide o una meteora luminosa", ha confermato David Moore, l'editore della rivista Astronomy Ireland. "Questi oggetti attraversano l'atmosfera a 70.000 miglia all'ora, bruciando quando entrano e sono estremamente rari da fotografare".
Valutazione
Ad ogni passo dell’attività gli studenti sono incoraggiati a rispondere a domande e discutere le proprie ipotesi con l’insegnante. In seguito sono invitati a discutere con la classe di cosa è accaduto in ogni attività. Qual è la spiegazione che offrono gli studenti? Discutono lo spostamento e la spinta dell’aria in maniera appropriata? Concludere che l’aria occupa spazio, anche se non la si può vedere.
Programma didattico
UK KS2: Anno 5 Scienze - Forze: identificare gli effetti della resistenza dell'aria, della resistenza all'acqua e dell'attrito che agiscono tra le superfici in movimento. Spiega che gli oggetti non supportati cadono verso la Terra a causa della forza di gravità che agisce tra la Terra e l'oggetto che cade.
UK KS2: Anno 4 Scienze - Stati della materia: confrontare e raggruppare i materiali, a seconda che siano solidi, liquidi o gassosi.
UK KS1 Scienze - Lavorare scientificamente: eseguire semplici test, utilizzando le loro osservazioni e idee per suggerire risposte alle domande.
Informazioni aggiuntive
I link proposti sono tutti in inglese e/o con riferimenti ad eventi nel regno unito.
