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LE FIGURE GEOMETRICHE PRODOTTE DA UN’ONDA

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LE FIGURE GEOMETRICHE PRODOTTE DA UN’ONDA

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di Alessia Pallocca e Andrea Buccilli

Domenica 12 febbraio, giorno in cui si è tenuto l’evento di ScienzImpresa, noi studenti abbiamo esposto i progetti, seguiti da esperimenti, che avevamo preparato durante i vari incontri tenutisi il pomeriggio a scuola.

Lo strumento che noi abbiamo deciso di scegliere per questo argomento è detto “eidophone”: si tratta di un esperimento dove si possono osservare, mediante l’emissione di onde sonore, le diverse forme geometriche prodotte dalle differenti frequenze d’onda.

Esso consiste in una pentola di acciaio, ottima per la propagazione del suono, ricoperta da uno strato di pellicola da cucina ben stesa e con sopra del sale. All’interno della pentola vengono posizionate due casse connesse ad un dispositivo che riproduce la frequenza desiderata.

Il risultato sarà quindi quello di poter osservare il sale che si dispone secondo figure geometriche che diverranno più complesse all’aumentare della frequenza del suono.

Noi abbiamo deciso di presentare l’eidophone perché volevamo mostrare come la frequenza di un’onda che sembra un concetto astratto, possa in realtà essere vista e apparire concretamente dalle figure formate dal sale su uno strato di pellicola.

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di Ilaria Pompei e Daniele Ponza

La dilatazione termica è un fenomeno fisico che si verifica ogni volta che un corpo viene esposto ad un aumento di temperatura. Generalmente, quindi, i corpi riscaldati a pressione costante aumentano di volume per il movimento interno delle particelle: infatti, esse, con l'aumentare della temperatura subiscono una accelerazione  ed aumentano di velocità, sbattendo in maniera più forte contro i bordi del nostro oggetto. Si noti bene come ad aumentare è solo il volume e non la massa, perché in fin dei conti non è presente nessun processo fisico che faccia aumentare il peso del nostro oggetto. La dilatazione termica, come si può bene intuire, non si manifesta con le stesse tempistiche e con la stessa intensità ma varia da materiale a materiale e da non metallo a metallo, con quest'ultimo che ha delle proprietà che gli permettono una rapida manifestazione del fenomeno stesso. Studiati e dimostrati, esistono tre tipi di dilatazione termica, divisi per le tre dimensioni: la prima, quella lineare, riguarda tutti gli oggetti che hanno due dimensioni su tre trascurabili perché troppo piccole oppure perché non utili al fine di un esperimento (un esempio può essere il comunissimo termometro a gallio); la seconda è quella superficiale che presenta una dimensione sola trascurabile; la terza è quella cubica, dove il nostro oggetto aumenta di volume per tutte e tre le dimensioni. Di quest'ultima è sempre bene far distinzione tra materiali che hanno lo stesso coefficiente di dilatazione lungo le tre dimensioni (isotropi) e quelli invece che presentano la variazione anche di uno soltanto, con i restanti due che restano uguali.
Per capire bene la dilatazione cubica ci basta osservare l'esperimento di Gravesande: posta una fonte di calore, come ad esempio una fiamma, si può notare come la sferetta usata per l'esperimento stesso (ovviamente è fatta di un metallo con coefficiente elevato, come ad esempio il piombo) prima passi attraverso la fessura di pochi millimetri e successivamente, se riscaldata, si blocchi nella fessura stessa.
Anche se la dilatazione termica sembri estremamente difficile e poco usata nella nostra vita, è uno dei fenomeni più importanti nella costruzione di quasi tutte le opere pubbliche che ci circondano. Un esempio banale può essere quello delle rotaie dei treni: se fossero poste una attaccata all'altra, in una forte giornata di sole, esse si dilaterebbero fino al punto di rottura, con successivi problemi che causerebbero alla società moderna.

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QUANDO UN ELETTRONE VIBRA, L' UNIVERSO SI SCUOTE.

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QUANDO UN ELETTRONE VIBRA, L' UNIVERSO SI SCUOTE.

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di Francesca Grandolini e Martina Binni

L'elettricità viene spesso data per scontata, in realtà le sue applicazioni sono milioni. Nei nostri esperimenti ci siamo proposte di analizzare l'elettricità sia dal punto di vista fisico che chimico. Abbiamo suddiviso lo spazio a noi concesso in tre parti: i circuiti, l'effetto luminoso e l'effetto chimico, con lo scopo di dimostrare ai più piccoli come la scienza si riscontri quotidianamente. Siamo rimaste molto soddisfatte di come i ragazzi, ma anche gli adulti, abbiano apprezzato il nostro lavoro, sperimentando in prima persona ciò che avevamo preparato.

Il primo esperimento è stato dedicato ai circuiti. Abbiamo preparato due esempi: il primo in serie, il secondo in parallelo. Ciò ci ha permesso di poter spiegare la differenza tra i due, ma anche la loro costituzione; così si è collegata automaticamente la struttura degli atomi, a partire dagli stessi elettroni che li azionano.
La funzione degli elettroni è stata fondamentale per la presentazione della seconda fase, quella circa la trasformazione dell'energia luminosa. Noi stesse ci siamo occupate di creare una casa che funzionasse attraverso i pannelli fotovoltaici, ma progettata il più realisticamente possibile, che potesse funzionare quindi anche attraverso interruttori. I pannelli erano ricaricati attraverso la luce solare, così ogni volta che venivano oscurati, le lampadine interne prendevano vita autonomamente. Gli stessi ragazzi hanno potuto verificare l'autenticità dell'esperimento provandolo loro stessi.
L'ultima fase era dedicata alla pila di limoni, ciò che ha suscitato maggiore interesse tra il pubblico. Attraverso limoni, abbiamo dimostrato come poter accendere una lampadina, seppure di basso voltaggio. Avreste mai immaginato qualcosa di simile? Incredibile ma vero, grazie alla loro acidità si innesca una reazione che produce elettricità.
Al giorno d'oggi si sta assistendo ad una vera e propria rivoluzione scientifica: l' energia alternativa è diventata un tassello fondamentale per la società, così che può essere affrontato il problema energetico globale in termini di sviluppo sostenibile. I pannelli fotovoltaici e i limoni sono solo un esempio, ma le proposte possono essere diverse e innovative, per un mondo a favore dell'ambiente.

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di Sara Di Mario e Salvatore Minichini

Non tutti conosciamo come, in realtà, si presenta l’universo. Precisamente possiamo osservarlo più da vicino, andando oltre le tante galassie che occupano l’universo e concentrandoci su una in particolare, la Via Lattea che ospita il famoso Sistema Solare.
Durante la "Giornata della Scienza" dell’Istituto Cavanis, svoltasi il giorno 12 febbraio 2017, è stato esposto proprio un esperimento sul Sistema Solare. Il progetto, di due alunne del terzo liceo scientifico, Sara Di Mario e Arianna Nicoletti, mostra il funzionamento del Sistema Solare. Il lavoro è stato realizzato con i seguenti materiali: polistirene per la base circolare, stecchini di legno per sostenere i pianeti, base rotante a presa elettrica, palline di polistirolo di varie dimensioni per i pianeti, fil di ferro sottilissimo, cartoncini colorati per ricoprire il piano sul quale è stata dipinta la Via Lattea (la galassia che ospita il nostro Sistema Solare), tubetti di tempera per colorare i pianeti, pennelli a spatola piatta per dipingere i corpi celesti, piatti di carta e tovaglioli.

La rivoluzione e rotazione dei pianeti ( incluso il Sole) è stata simulata tramite la connessione con una base rotante collegata ad una presa elettrica.

E’ stato presentato l’esperimento assieme ad un’accurata ricerca basata sui testi di scuola. La ricerca spiega la composizione e formazione del Sole, i moti di rivoluzione e rotazione dei pianeti attorno al Sole e le leggi di Keplero.

Ultimamente, nel 1930, è stato scoperto Plutone, un "pianeta nano", ovvero un corpo celeste di tipo planetario orbitante attorno a una stella, che non rientra nella denominazione di pianeta, perché non è stato in grado di "ripulire" la propria fascia orbitale da altri oggetti di dimensioni confrontabili. Il termine pianeta nano è stato introdotto ufficialmente nella nomenclatura astronomica il 24 agosto 2006 da un'assemblea dell'Unione Astronomica Internazionale.

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di Alicia Sarandrea Calvo e Alessandro Flesca

Avete presente quella scena di “Viaggio al centro della Terra” in cui i protagonisti escono dal Vesuvio sopra al teschio di un dinosauro? Quello è un geyser. I geyser sarebbero dei "fratelli piccoli " dei vulcani: delle sorgenti di vapore acqueo e acqua calda zampillante che fuoriescono da una spaccatura nella crosta terrestre. La falda acquifera, nella quale si immagazzina l’acqua, è circondata da rocce permeabili nella parte superiore, e rocce impermeabili in quella inferiore. L’acqua, poiché non può attraversare le rocce impermeabili, si riscalda nella falda e inizia a trasformarsi in vapore acqueo, come in una enorme pentola a pressione e, poiché il vapore occupa uno spazio notevolmente maggiore di quello occupato dall’acqua allo stato liquido, la pressione della falda acquifera aumenta finché non riesce a raggiungere la superficie, creando uno zampillo di acqua bollente insieme ad un forte fischio, proprio come la suddetta pentola a pressione.
In poche parole, i geyser sono un fenomeno di vulcanesimo secondario e noi ne abbiamo creato un modello in carta di giornale e abbiamo successivamente provocato una reazione tra una soluzione satura di bicarbonato, con una soluzione di acido citrico per simulare la fuoriuscita di gas e vapore acqueo. Il risultato non è stato stupefacente come speravamo...
Negli ultimi anni sono stati trovati molti metodi per utilizzare l’energia dei geyser, in particolare per produrre energia elettrica: Il vapore acqueo viene condotto in centrali che producono elettricità tramite delle turbine; quando il vapore si raffredda e torna allo stato liquido viene ricondotto nella falda acquifera per ricominciare il processo di riscaldamento.

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Di Chiara Checconi e Giosuè Zoccali

Fino a dove si può spingere la conoscenza umana? Dove l’uomo potrà mai arrivare? A queste domande può rispondere la meccanica quantistica, una scienza nata solamente nell’ultimo secolo. Essa non è come la fisica classica che tutti abbiamo dovuto studiare a scuola, ma si occupa di un mondo invisibile: il mondo dei quanti. Per chi se lo chiedesse, i quanti sono piccoli pacchetti di energia e vengono studiati solo teoricamente. Questo perché sono più piccoli di quanto il microscopio elettronico più potente al mondo possa vedere.
Uno dei misteri più interessanti di questa disciplina consiste nella doppia natura dell’elettrone. L’esperimento della doppia fenditura dimostra come l’elettrone “faccia di testa sua”. Infatti osservandolo si comporta come una particella. Se invece distogliamo lo sguardo, l’elettrone decide di comportarsi come una vera e propria onda! E noi ben sappiamo che le onde hanno caratteristiche completamente diverse dalle particelle.
Come fa a sapere quando viene osservato oppure no? Perché decide di comportarsi in maniera differente? Fortunatamente a tutte queste domande la meccanica quantistica ha trovato una risposta che la fisica classica non avrebbe mai immaginato. Entrando nello specifico, il solo atto di osservare l’elettrone provoca delle interferenze che modificano il suo comportamento. Questo fenomeno risulta spettacolare a ogni osservatore e cela al suo interno complesse formule e teoremi. Infatti mise in difficoltà la maggior parte dei fisici più prestigiosi del novecento, tra i quali lo stesso Einstein che non accettò mai le teorie della meccanica quantistica.

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di Mattia Ferrari e Dario Longo

''Ologramma'' è una parola che ci proietta al futuro, tuttavia rappresenta una realtà più vicina di quanto ci possa sembrare e, anche se solo in alcuni esempi, anche attuale. Tutti almeno una volta, abbiamo sentito parlare di queste proiezioni senza però domandarci cosa fossero o da dove provenissero. La rivista focus ci dice che con il termine ologramma si identificano in genere le immagini tridimensionali e ,in particolare, quelle stereoscopiche, ovvero quelle che appaiono con prospettive diverse a seconda del punto di osservazione,ottenute grazie all'azione combinata di specchi,luci e di una lastra olografica.

Tuttavia la realizzazione di queste immagini virtuali è molto complicata e richiede materiali specifici e costosi. Proprio per questo abbiamo cercato di aggirare questo ostacolo riproducendo ciò che più si avvicina al concetto di ologramma. Sfruttando la riflessione della luce e uno schermo trasparente abbiamo riprodotto queste immagine stereoscopiche e virtuali che da anni ci affascinano e incuriosiscono.

Dall'uscita di Star Trek nel 1966 gli ologrammi si sono insediati permanentemente nella nostra mente. Proprio in quegli anni Dennis Gabor elaborò e portò a termine la sua ricerca vincendo il premio Nobel della fisica per l'invenzione dell'olografia. Dall'esperimento di Dennis Gabor a oggi ci sono stati molti passi in avanti in questo campo infatti nella nostra vita gli ologrammi non sono più una lontana idea e, senza accorgercene, sono diventati una quotidiana realtà. Possiamo fare vari esempi in tale ambito ma sicuramente il campo in cui si sono affermati con maggiore successo è quello dell'anti-falsificazione di banconote,carte d'identità e passaporti.

Tuttavia si stanno cercando altre applicazioni per questo potentissimo mezzo, come testimonia la scelta del candidato francese Jean-Luc Melenchon che ha usato utilizzare un sistema di ologrammi in campagna elettorale per comparire su due palchi in contemporanea.

Queste immagini virtuali sono quindi una realtà da tenere d'occhio e, forse tra qualche anno, potremo ritrovarci a vivere in quel futuro di Star Trek che ci sembrava irraggiungibile.

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SANGUE, KETCHUP E SABBIE MOBILI … CHE COSA HANNO IN COMUNE?

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SANGUE, KETCHUP E SABBIE MOBILI … CHE COSA HANNO IN COMUNE?

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di Daniele Rinoldo, Michela Montanari e Beatrice Agostini

I fluidi non newtoniani sono dei fluidi che si comportano in maniera differente ai liquidi che tutti noi conosciamo, come per esempio l’acqua. Essi infatti agiscono diversamente in base alla forza che gli viene applicata in quanto non hanno una viscosità (ovvero la grandezza fisica che indica la resistenza di un fluido allo scorrimento) definita. Se a questi fluidi viene applicata una grande pressione, le particelle che lo compongono si ammassano, non riescono più a dividersi  e non fanno penetrare l’oggetto. Se invece si esercita una pressione minore le particelle hanno il tempo di separarsi e lasciano quindi trapassare l’ oggetto che esercita la pressione. Questo perché i fluidi non newtoniani oppongono una resistenza maggiore all'aumentare della pressione esercitata.

Anche il fango e le sabbie mobili sono fluidi non newtoniani: se vi si affonda, bisogna sollevare le gambe molto lentamente, altrimenti si resta sempre più intrappolati perché facendo movimenti veloci si esercita una pressione maggiore e le sabbie mobili si oppongono con maggior resistenza. Altri esempi sono il sangue e la farina di mais, anche detta maizena.

Per presentare questi fluidi abbiamo scelto due esperimenti che mostrassero al meglio le loro caratteristiche e che facessero anche divertire. Abbiamo mischiato in una ciotola maizena ed acqua in modo da ottenere un composto omogeneo. Per far capire al pubblico il comportamento dei fluidi abbaiamo dimostrato che: se si immerge una mano  nel miscuglio e si cerca di toglierla velocemente, il fluido oppone maggiore resistenza. Inoltre se si prende in mano un po' di fluido e si schiaccia sembra diventare solido. Quando si apre la mano, un po' alla volta il composto comincerà a fluire. Poi si può provare a dare un pugno sulla superficie del fluido: la mano rimarrà incastrata e si riuscirà a sollevare anche il contenitore. In seguito abbiamo mostrato che se si fa scivolare una pallina sul fluido essa prima di affondare percorrerà un breve tragitto sulla superficie di esso.

Abbiamo anche informato gli spettatori di recenti scoperte fatte sulla base dei fluidi non newtoniani. Ad esempio la liquefazione del sangue di San Gennaro potrebbe essere spiegato considerando le proprietà dei fluidi non newtoniani. Inoltre anche l’invecchiamento può essere causato dall’azione del sangue come fluido non newtoniano: più si muove e più diventa liquido ma se trova ostruzioni e rimane fermo diventa sempre più denso causando problemi e alcune malattie.

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di Chiara D’Agostino, Edoardo Di Pietro e Paolo Stabile

Domenica 12 febbraio, abbiamo avuto l’occasione di vivere una giornata immersi completamente nei diversi campi scientifici, grazie all’organizzazione dell’evento conclusivo del progetto “ScienzImpresa”, tenutosi nello stesso Istituto Cavanis dal mese di ottobre 2016 a quello di gennaio 2017.

Sono stati allestiti esperimenti nelle diverse aule della scuola ed è stata possibile l’osservazione del Sole, tramite un telescopio posto in cima alla torre dell’istituto, dalla quale è presente una vista mozzafiato sulla zona circostante di Roma. Ecco gli esperimenti più interessanti e suggestivi!

Nella classe del quinto liceo erano osservabili due esperimenti:

-Il primo, riguardante le onde sonore e noto come “esperimento di Eidophone” permetteva l’osservazione di figure geometriche formate dal sale sul coperchio di una pentola, al cui interno erano poste casse da cui fuoriusciva un suono puro a frequenza arbitraria;

-Il secondo esperimento sulla dinamica dei fluidi non-Newtoniani (sabbie mobili, sangue, ketchup), era dato dal miscuglio di maizena e acqua: applicando pressioni anche di diverse intensità (dando un pugno o facendo rotolare una pallina all’interno), si ha una compattazione delle particelle e quindi un aumento di densità della soluzione (come se diventasse una superficie solida);

In terzo liceo erano invece posti esperimenti sulla luce, e più specificatamente sugli ologrammi osservabili da video in 3D e occhiali con lenti rosse e blu e sulla rifrazione, resa mediante il passaggio di luce laser attraverso prismi di diverse forme e dimensioni.

Nella classe del quarto liceo era stato realizzato un modello circolare di sistema solare, posto su una piattaforma rotante, con relativa spiegazione dei pianeti e delle leggi di Keplero.

In palestra erano poi riprodotte le esplosioni di un geyser e di un vulcano, grazie alla fuoriuscita di una miscela di bicarbonato, acqua e colorante da modellini in scala.

E’ infine stata interessante l’accensione di una lampadina grazie a impulsi trasmessi da un circuito costituito da limoni.

Speriamo di avere l’occasione di poter rinnovare una giornata tanto interessante.

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Numero speciale dedicato a ScienzImpresa, progetto di Alternanza scuola-lavoro realizzato in collaborazione con l'Università di Tor Vergata.
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