Anche se raramente ci pensiamo, l’aria ci circonda in ogni momento ed esercita una forza su ogni centimetro del nostro corpo. Questa forza, conosciuta come pressione dell’aria, è uno degli argomenti più importanti nella scienza, poiché spiega i modelli del tempo, come volano gli aerei e una varietà di altre meraviglie. Nel caso tu stia pensando di insegnare ai bambini la pressione dell’aria, ti abbiamo fornito una spiegazione delle basi e alcuni esperimenti semplici, divertenti e coinvolgenti per dimostrare la potenza di questo fenomeno naturale.

Che cos’è la pressione dell’aria?

Il termine “pressione dell’aria” è usato in riferimento al peso delle molecole d’aria che premono sulla terra. A livello del mare, la pressione dell’aria è generalmente 14,7 psi (libbre per pollice quadrato), il che significa che 14,7 libbre stanno premendo su ogni centimetro quadrato del nostro corpo. La ragione per cui possiamo ancora muovere liberamente i nostri corpi è perché l’aria esercita una pressione su di noi in tutte le direzioni, e la ragione per cui non siamo schiacciati è perché la pressione dell’aria all’interno dei nostri corpi è la stessa.La pressione dell’aria è determinata dai seguenti tre fattori:

• Temperatura: Quando l’aria diventa più calda, si espande. Questa espansione fa diminuire la densità dell’aria, il che si traduce in una pressione inferiore. Quando l’aria diventa più fredda, invece, si restringe. Questo restringimento fa sì che l’aria diventi più densa, il che porta ad una pressione più alta. Questo fenomeno è il motivo per cui le zone vicino all’equatore, che sono calde, hanno generalmente una bassa pressione dell’aria, e le zone vicino ai poli nord e sud, che sono fredde, hanno un’alta pressione dell’aria.
• Altitudine: Più in alto ci si trova rispetto al livello del mare, meno densa è l’aria. Poiché l’aria meno densa pesa meno, produce una pressione dell’aria più bassa, ed è per questo che può essere difficile respirare sulla cima di una montagna alta. Spiega anche perché le tue orecchie schioccano quando vai su o giù da una montagna in macchina – il tuo orecchio interno ha dell’aria intrappolata al suo interno, e quando la pressione dell’aria all’esterno diminuisce, l’aria intrappolata nel tuo orecchio causa la spinta dei timpani verso l’esterno. Questa espansione è ciò che causa il “pop”.
• Umidità: La quantità di umidità nell’aria influenza anche la densità dell’aria e, quindi, la pressione dell’aria. Il vapore acqueo è un gas leggero rispetto ai gas che compongono l’atmosfera, che è principalmente ossigeno e azoto. Quindi, quando l’umidità nell’atmosfera aumenta, la quantità di azoto e ossigeno diminuisce per unità di volume, il che fa diminuire la densità dell’aria.

Le differenze di pressione dell’aria causano il movimento

Uno degli aspetti più interessanti della pressione dell’aria è che quando una sacca di pressione dell’aria viene modificata, le cose cominciano a muoversi. Questa differenza di pressione che crea movimento è ciò che causa il vento, i tornado e molti altri fenomeni meteorologici.

Quando parli del movimento dell’aria, tieni a mente che gli scienziati parlano in termini di pressione più alta che “spinge” le cose, non di pressione più bassa che “tira” le cose.

Come misurare la pressione dell’aria

La pressione dell’aria si misura comunemente usando un barometro a mercurio. Un barometro a mercurio contiene una colonna piena di mercurio, e più alta è la pressione dell’aria, più alta sarà la colonna di mercurio. Misurando l’altezza della colonna, si può determinare la pressione dell’aria.

Al giorno d’oggi, è più comune usare un barometro digitale, che è portatile e più preciso del tipo tradizionale. Questo dispositivo utilizza un condensatore elettrico per misurare la pressione dell’aria.

Pressione dell’aria e tempo

Le aree con bassa pressione sono generalmente associate al cattivo tempo. Se un’area ha una bassa pressione dell’aria, l’aria delle aree vicine, che hanno una pressione dell’aria più alta, si sposterà all’interno. Questo cambiamento, a sua volta, farà sì che l’aria si sposti verso l’alto, poiché non ha altro posto dove andare. Quando l’aria si muove verso l’alto, il vapore acqueo si condensa, il che porta alla formazione di nuvole e pioggia.

Le aree con alta pressione, d’altra parte, sono tipicamente associate al bel tempo. Nelle aree ad alta pressione, l’aria a basso livello si diffonde verso l’esterno, permettendo all’aria sovrastante di scendere. Questo movimento verso il basso riscalda l’aria, causando l’evaporazione e portando al bel tempo secco.

Pressione dell’aria ed esperimenti scientifici

Ecco 10 semplici esperimenti sulla pressione dell’aria per i bambini che possono aiutarli a capire meglio i suoi effetti.

Indoor Tornado Experiment

Questo esperimento ti permetterà di creare un tornado in una bottiglia. Avrai bisogno di:

• Acqua
• Un barattolo trasparente di maionese
• Sapone liquido per piatti
• Colorante alimentare
• Aceto

Per fare l’esperimento, completa i seguenti passi:

1. Versa acqua nel tuo barattolo fino a riempirlo per circa due terzi. Poi, aggiungete alcune gocce di colorante alimentare all’acqua. Qualsiasi colore va bene.
2. Aggiungi un cucchiaino di sapone liquido per piatti e un cucchiaino di aceto.
3. Metti il coperchio sul barattolo. Assicurati che sia il più stretto possibile per evitare perdite e gravi pasticci.
4. Scuoti il barattolo, poi dagli una rotazione in modo che il liquido all’interno inizi a girare.

Quello che osserverai è un piccolo vortice che assomiglia a un tornado.

Esperimento sull’acqua non riempibile

In alcune situazioni, la pressione dell’aria è più forte della gravità. Questo esperimento dimostra la forza della pressione dell’aria che mantiene l’acqua in un bicchiere al suo posto – anche quando il bicchiere viene capovolto.

Questo esperimento richiede:

• Un bicchiere di succo
• Acqua
• Un cartoncino (4 x 6 pollici)

I passi sono i seguenti:

1. Riempi il tuo bicchiere con acqua fino alla cima. Lascia scorrere l’acqua in modo che il labbro del bicchiere sia bagnato.
2. Metti il cartoncino sopra il bicchiere pieno. Usa la tua mano per premere la carta con fermezza, facendo una buona tenuta intorno al labbro bagnato del bicchiere.
3. Mentre lavori sopra un lavandino o una vasca, tieni la carta in posizione con una mano e gira il bicchiere. Poi, lasciate andare la carta con attenzione. Non si muoverà, e l’acqua rimarrà all’interno del bicchiere.

Questo esperimento dimostra che la forza che la pressione dell’aria esercita contro il cartoncino è ancora più forte della forza di gravità esercitata sull’acqua nel bicchiere. La pressione dell’aria impedisce al cartoncino di muoversi.

Esperimento del soffio del libro

L’esperimento del soffio del libro dimostra quanto potente possa essere l’aria compressa.

Per questo progetto, avrai bisogno di:

• Tre libri
• Un grande sacchetto di plastica a tenuta d’aria

Per eseguire questo esperimento, segui questi quattro passi:

1. Posiziona tre libri uno sopra l’altro.
2. Domanda allo studente di spostare i libri soffiando nella loro direzione. Naturalmente, non ci riusciranno.
3. Posiziona il sacchetto di plastica sul tavolo, poi mettici sopra i tre libri. L’estremità aperta del sacchetto dovrebbe sporgere oltre il bordo del tavolo.
4. Vedi che se soffi con abbastanza forza, i libri inizieranno a sollevarsi dal tavolo. E’ l’aria compressa nel sacchetto che sta causando il movimento.

Esperimento della lattina scavata

Questo esperimento consiste nell’usare la potenza della pressione dell’aria per schiacciare una lattina. Avrai bisogno di:

• Acqua
• Un grande contenitore
• Cubetti di ghiaccio
• Un misurino
• Una lattina vuota
• Un fornello
• Pentole o pinze

Una volta ottenuti i materiali, segui i passi seguenti:

1. Riempi il contenitore con cubetti di ghiaccio e acqua. Mettete questo contenitore a lato in modo da poterlo usare più tardi.
2. Versate 1/2 tazza d’acqua nella vostra lattina di soda vuota.
3. Mettete la lattina su un fornello. Se il tuo studente fa questo passo, assicurati di supervisionarlo.
4. Quando il vapore comincia ad uscire dal foro in alto, saprai che l’acqua all’interno sta cominciando a bollire. Spegni il fornello e usa le presine o le pinze per togliere la lattina dal bruciatore.
5. Presto metti la lattina nel contenitore con l’acqua ghiacciata, capovolgendola e appoggiandola sulla sua parte superiore. Ora puoi osservare la lattina che crolla mentre si raffredda.

In questo esperimento, quando l’acqua è stata riscaldata nella lattina, è stato prodotto del vapore, che ha spinto l’aria fuori dalla lattina. Poi, quando il barattolo è stato immerso nell’acqua ghiacciata, la temperatura del vapore si è abbassata, facendolo condensare di nuovo in acqua. Questo cambiamento, a sua volta, ha fatto sì che la pressione dell’aria all’interno della lattina fosse molto più bassa di quella esterna, e il peso dell’aria esterna ha schiacciato la lattina.

Esperimento dell’uovo magico

Questo esperimento consiste nell’usare la forza della pressione dell’aria per spingere un uovo attraverso il collo di una bottiglia. Raccogli i seguenti materiali per eseguire questo esperimento:

• Un uovo sodo
• Una bottiglia con un collo abbastanza largo da far passare l’uovo sodo
• Un fiammifero

Questo esperimento comporta i seguenti passi:

1. Togli il guscio dal tuo uovo sodo.
2. Accendi il fiammifero e gettalo nella bottiglia.
3. Poggia l’uovo sbucciato sulla bocca della bottiglia, con l’estremità piccola dell’uovo verso il basso. Quando l’aria nella bottiglia viene consumata dalla fiamma del fiammifero acceso, la pressione dell’aria nella bottiglia diventa più bassa di quella esterna alla bottiglia. La maggiore pressione dell’aria all’esterno esercita una forza sull’uovo, spingendolo all’interno della bottiglia.
   

   Esperimento dello stantuffo

   Questo semplice esperimento richiede solo due stantuffi di gomma e legno puliti, vecchio stile. Per condurre l’esperimento:

   1. Incolla i due stantuffi insieme. Potresti aver bisogno di bagnare i cerchi prima.
   2. Prova a separarli.

   Completare la separazione è molto più difficile di quanto molti bambini immaginino. Quando hai spinto i due stantuffi insieme, hai forzato l’aria dalla cavità che gli interni hanno creato quando sono stati spinti insieme. Quest’aria forzata fuori ha fatto sì che la pressione dell’aria all’interno fosse molto più bassa di quella esterna. Poiché la pressione dell’aria più alta spinge sempre, ha tenuto i due pistoni insieme.

   

   Esperimento dell’imbuto di ping pong

   L’esperimento dell’imbuto di ping pong consiste nell’avere una palla da ping pong nella tazza di un imbuto e soffiare attraverso l’imbuto. La pallina, invece di essere soffiata via, viene tenuta saldamente nella ciotola. Per completare l’esperimento, segui due passi:

   1. Inserisci la pallina da ping pong nell’imbuto e soffiaci sopra con forza. Prova ad inclinare la testa all’indietro in modo che l’estremità con la pallina sia rivolta verso il soffitto. Vedi se riesci a soffiare abbastanza forte in modo che, quando inverti l’imbuto, la pallina non salti via.
   2. Vedi se riesci a raccogliere la pallina dal tavolo.

   Quando soffi nell’imbuto, l’aria dove si trova la pallina si muove più velocemente e crea una pressione d’aria inferiore al resto dell’aria che circonda la pallina. Di conseguenza, la pressione dell’aria sotto la palla è inferiore a quella dell’aria circostante, che è una pressione più alta. L’aria a pressione più alta spinge la pallina indietro nella ciotola dell’imbuto – indipendentemente dalla direzione in cui si punta l’imbuto.

   Esperimento di tenuta della bottiglia della fontana

   L’esperimento di tenuta della bottiglia della fontana dimostra l’uso della pressione dell’aria per spingere l’acqua attraverso una cannuccia. Raccogliete i seguenti materiali:

   • Una bottiglia d’acqua (2 litri)
   • Un pezzo di argilla
   • Una lunga cannuccia
   • Acqua

   Seguite questi tre semplici passi:

   1. Riempite la bottiglia d’acqua per metà.
   2. Sigillate la bottiglia usando il pezzo di argilla avvolto intorno alla cannuccia in modo che la bocca della bottiglia sia completamente sigillata.
   3. Soffiate nella cannuccia con forza. Noterai che l’acqua comincia ad uscire dalla cannuccia.

   Quando soffi nella bottiglia, la pressione dell’aria all’interno della bottiglia aumenta, che a sua volta esercita una forza sull’acqua, spingendola su per la cannuccia.

   L’esperimento della scommessa da un milione di dollari

   Per questo esperimento, avrai bisogno di:

   • Una bottiglia d’acqua o di soda
   • Un pezzo di carta

   Per fare l’esperimento, segui questi passi:

   1. Poggia la bottiglia in orizzontale su un tavolo.
   2. Avvolgi la palla di carta e infilala nella bocca della bottiglia. La palla dovrebbe essere grande circa la metà dell’apertura della bottiglia.
   3. Sfida lo studente a soffiare il batuffolo di carta nella bottiglia, dicendo “Scommetto un milione di dollari che non riesci a soffiare la carta nella bottiglia!”

   Quelli che tentano l’esperimento troveranno molto difficile far entrare la carta nella bottiglia perché non c’è posto per l’aria che è già dentro se non per uscire dalla bocca della bottiglia, nel qual caso porterebbe la carta con sé.

   

   Esperimento dei fogli volanti

   Per l’esperimento dei fogli volanti, tutto ciò che serve è un normale foglio di carta. Tieni il foglio al tuo labbro inferiore, e poi soffia sul foglio. Noterete che il foglio vola verso l’alto! Questo stesso fenomeno spiega come possono volare gli aerei. Soffiando attraverso il foglio, stai abbassando la pressione dell’aria, perché l’aria si muove più velocemente. Poiché la pressione dell’aria sul lato inferiore del foglio è ora relativamente più alta, spinge il foglio di carta verso l’alto.

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