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La tempesta in una bottiglia d'acqua L'ESPERIMENTO / PRESSIONE ATMOSFERICA La tempesta in una bottiglia d'acqua Le molecole dell'aria urtano fra loro a 500 metri al secondo E CCO l'occorrente per l'esperimento di questa settimana: Un lavandino con il fondo piatto Una bottiglia di plastica trasparente da 1,5 litri Una bottiglia di plastica trasparente da 0,5 litri I Un tappo di sughero Esecuzione 'Con un paio di forbici asportate la parte superiore delle due bottiglie di plastica. Controllate che il recipiente più piccolo possa essere agevolmente inserito all'interno di quello più capace. Sistemate la bottiglia più grande sul fondo del lavandino e riempitela d'acqua fino a cinque centimetri dal bordo superiore. Mettete il tappo di sughero a galleggiare al centro della bottiglia. Rovesciate la bottiglia più piccola in modo che copra il tappo e, tenendola verticale, spingetela lentamente con una mano verso il basso. La presenza del tappo vi permetterà di osseivare facilmente che l'acqua riesce a risalire dentro la bottiglia più piccola solo per pochi millimetri. Il volume a disposizione dell'aria quindi diminuisce leggermente. Ne deriva una compressione dell'aria presente nel contenitore che produce un piccolo aumento della sua pressione. Questo aumento è in grado di compensare la crescente pres- sione dell'acqua via via che la bottiglia più piccola affonda. Che cosa succede Dal punto di vista microscopico tutte le sostanze sono composte di atomi oppure da molecole che sono gruppi stabili di atomi legati fra loro da forze elettromagnetiche che generano legami chimici. L'aria per esempio è composta principalmente da molecole di azoto e di ossigeno, entrambe formate da due atomi identici. Alle densità e temperature tipiche dell'aria che ci circonda, possiamo descrivere molto accuratamente le proprietà di un gas immaginando che le molecole si comportino come minuscole palle da biliardo. La scoperta che la temperatura è la misura dell'agitazione termica, cioè della velocità media degli atomi e delle molecole, è uno dei risultati fondamentali della fisica del secolo scorso. A temperatura ambiente le molecole dell'aria hanno una velocità di circa 500 metri al se¬ condo e urtano continuamente fra di loro come grani di una nuvola di polvere sollevata dal vento. Tipicamente una molecola subisce 50 miliardi di collisioni per secondo. E' l'agitazione termica che impedisce alle molecole d'aria di accumularsi sulla superficie del terreno sotto l'effetto dell'attrazione gravitazionale. Quando le molecole rimbalzano contro la parete di un contenitore esercitano su di essa una forza. Benché la forza esercitata dal singolo urto sia piccola, l'enorme numero di collisioni porta ad una forza totale che può essere molto grande. Con un poco di riflessione ci si rende immediatamente conto che il numero di urti per secondo e quindi la forza è proporzionale all'area della parete e che è conveniente parlare della forza che agisce su una superficie campione, per esempio un metro quadrato. A questa forza per unità d'area diamo il nome di pressione. Quando si vuole calcolare la forza che agisce su una certa superficie a contatto con un gas è sufficiente moltiplicare la pressione del gas per l'area della superficie. Se il volume a disposizione del gas viene ridotto, ciirninuisce la distanza fra pareti del contenitore. Se si mantiene costante la temperatura e quindi la velocità media, il numero di urti con le pareti in un secondo au- menta e di conseguenza aumenta la pressione del gas. Dimezzando, per esempio, l'altezza del volume in cui il gas è racchiuso, si dimezza anche il tempo necessario per attraversare il contenitore e di conseguenza il numero di urti con le pareti per secondo raddoppia. La pressione atmosferica equivale a quella esercitata da una colonna d'acqua alta circa 10 me¬ tri. I pochi centimetri di liquido in cui la bottiglia più piccola viene immersa aumentano la pressione di una frazione molto piccola rispetto alla pressione atmosferica. L'incremento può essere compensato da una diminuzione del volume della stessa frazione. Ezio Mairta Università di Torino Ogni molecola subisce 50 miliardi di collisioni al secondo A destra, le molecole dell'aria in condizioni normali (A), in condizioni di maggior pressione (B), e di maggior temperatura (C).