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La nuvola in bottiglia

Avete mai notato che quando si fa saltare il tappo dello spumante, dalla bottiglia esce un po’ di fumo? In realtà non è fumo ma vapore condensato.

Partiamo da questa osservazione per creare una nuvola in bottiglia e imparare che relazione c’è fra la pressione atmosferica e il tempo che fa.

Materiale e attrezzatura

  • pompetta per bicicletta (di quelle con la valvola che impedisce il riflusso dell’aria);
  • al posto della pompetta a mano si può usare una pompa a pedale che normalmente è dotata di valvola, tubetto flessibile, raccordi di gonfiaggio e manometro;
  • un tubetto sottile e flessibile di plastica lungo circa 1 m e di diametro 5 mm circa; deve inserirsi saldamente nel foro della pompetta;
  • una bottiglia di plastica da 1,5 litri;
  • un tappo di plastica o di sughero; il tappo deve infilarsi a tenuta d’aria nel collo della bottiglia;
  • alcool;
  • un bicchierino di plastica;
  • trapano con punta di diametro uguale a quello del tubetto;
  • taglierino.

Attenzione: al posto dell’alcool potete usare acqua calda, (circa 50 °C). La “nuvola” che si forma è però meno evidente di quelle che si vedono nelle fotografie di questo articolo.

Figura 1. Materiale e attrezzatura fondamentali per l'esperimento. L'elenco completo è scritto nel testo.

Esecuzione

1. Eseguite un foro nel tappo, della misura adatta a far passare il tubetto con un certo sforzo (fig. 2).
2. Tagliate a cono la parte terminale del tappo per facilitare l’inserzione nel collo della bottiglia (fig. 2).
3. Infilate a forza il tubetto nel foro del tappo. Il tubetto non deve scorrere. Se necessario, applicate un po’ di colla (fig. 2).

Figura 2. Il tubetto flessibile inserito nel tappo.

4. Collegate l’altro estremo del tubetto alla pompetta (fig. 3).

Figura 3. Il tubetto flessibile collegato alla pompetta.

5. Usando il bicchierino, versate pochissimo alcool nella bottiglia. Quanto alcool bisogna versare? Un cucchiaino da caffè. (fig 4).

6. Tenete la bottiglia in posizione orizzontale e fatela ruotare in modo che l’alcool scorra lungo le pareti ed evapori completamente o quasi. Dopo questa operazione, l’aria dentro la bottiglia è satura di vapore di alcool.

Attenzione: chiudete la bottiglia dell’alcool e mettetela in un luogo sicuro!

Figura 4. Versate pochissimo alcool nella bottiglia.

7. Infilate il tappo nel collo della bottiglia (fig. 5).

Figura 5. Infilate il tappo nel collo della bottiglia.

8. Pompate aria nella bottiglia fino a raggiungere una pressione molto alta, come in una ruota di bicicletta (figg. 6, 7).

Figura 6. Pompate aria nella bottiglia…

 

Figura 7. … fino a quando la pressione è molto alta.

9. Stappate molto velocemente la bottiglia, come quando si fa saltare il tappo dello spumante a Capodanno. La bottiglia si riempie istantaneamente di vapore condensato! Possiamo chiamarlo nuvola (o nebbia) in bottiglia! (fig. 8 )

Figura 8. Stappate molto velocemente la bottiglia, come quando si fa saltare il tappo dello spumante a Capodanno. Ecco la nuvola in bottiglia!

Filmato da un minuto

Verso la fine del filmato, notate che:

  • quando si decomprime improvvisamente l’aria nella bottiglia, si forma la nuvola (pressione alta→bassa);
  • quando invece si comprime l’aria, la nuvola si dissolve (pressione bassa→alta).

 Le foto degli alunni

Figura 9. Il poster di Davide, Chiara e Nicole.

 

Figura 10. Il poster di Gabriele. Gabriele ha usato un compressore invece della pompetta. Attenzione a non esagerare con la pressione!

Il lancio della bottiglia!

Tenete la bottiglia soltanto per il tappo e puntatela verso l’alto.

Fate pompare aria nella bottiglia dal vostro aiutante.

Quando la pressione sarà abbastanza alta, la bottiglia partirà come un razzo!

Attenzione a non colpire persone o danneggiare cose.

Figura 11. Una prova irresistibile: il lancio della bottiglia. Grazie a Chiara per aver colto l'attimo giusto con il suo scatto fotografico!

Qualche spiegazione scientifica

Nell’aria c’è dell’acqua!

L’aria contiene una piccola percentuale di vapore acqueo.

Questo vapore è un gas formato da molecole d’acqua separate l’una dall’altra e talmente piccole da essere invisibili.

Cosa succede quando il vapore si condensa?

Succede che le molecole d’acqua, invece di rimanere separate, si uniscono fra di loro formando microscopiche goccioline d’acqua allo stato liquido.

Quando queste goccioline sono tantissime, miliardi di miliardi, non sono più invisibili perché non lasciano passare la luce ma la diffondono in tutte le direzioni.

In quali casi il vapore si condensa?

In generale, il vapore si condensa quando qualcosa lo fa raffreddare, cioè diminuisce la sua temperatura.

Per esempio:

  • il vapore si condensa sui vetri dell’automobile quando sono freddi, mentre sparisce quando sono caldi;
  • il vapore si condensa, in certi luoghi, di notte quando l’aria molto umida si raffredda, formando la nebbia che si vede al mattino;
  • il vapore si condensa quando l’aria calda e umida sale in alto, si espande perché la pressione diminuisce e si raffredda; quando la temperatura scende al di sotto del punto di rugiada, si formano le nuvole.

Le nuvole, la nebbia e la condensa sui vetri non sono altro che miliardi di piccole gocce d’acqua.

Come si spiega la nuvola in bottiglia?

Per una legge fisica, quando si decomprime rapidamente un gas, questo si raffredda.

Quando si fa saltare il tappo della bottiglia, la pressione dell’aria nella bottiglia diminuisce rapidamente e di conseguenza diminuisce anche la temperatura.

Per questo motivo il vapore presente nella bottiglia si condensa improvvisamente.

Perché l’alcool forma una nuvola più visibile di quella dell’acqua?

Perché l’alcool evapora più facilmente dell’acqua. Quindi nella bottiglia ci sono davvero molte molecole di alcool evaporato.

Di conseguenza, la nuvola che si forma è molto più densa. È una nuvola di goccioline di alcool anziché d’acqua.

Come si può sentire che l’aria diventa più fredda quando si decomprime ?

Basta togliere il tappo lentamente facendo uscire l’aria compressa dalla bottiglia.

Tenendo una mano vicino al punto da cui esce l’aria decompressa, si percepisce che questa è molto fredda.

Più veloce è la decompressione, più fredda diventa l’aria.

Che relazione c’è fra le variazioni di pressione atmosferica e il bello e cattivo tempo?

Non è una legge sempre affidabile, ma spesso accade che:

  • l’arrivo dell’alta pressione porta il bel tempo;
  • l’arrivo della bassa pressione porta il cattivo tempo.

Proprio su questa osservazione statistica si basano i barometri per uso casalingo (fig. 12).

Figura 12. Barometro, termometro e igrometro in un unico strumento.

La vostra collaborazione

Quando si parla di cose apparentemente semplici ma in realtà abbastanza complesse, gli errori sono sempre in agguato!

Perciò, cari amici, vi invito a segnalarmi gli errori e i passaggi incompleti o poco chiari che avete eventualmente notato in questo articolo.

Vi invito anche a segnalarmi nuovi esperimenti, idee e punti di vista che non ho considerato.

Pace e bene a tutti!

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