‘Eggsperiment’ per la Pasqua

Tradizionalmente, la Pasqua è la stagione delle uova – sia di cioccolata che dipinte. Oltre che la caccia alle uova e creare (o comprare) uova decorate, possiamo usarle per imparare un po’ di scienza – come mostrano le seguenti cinque semplici attività.

La maggior parte degli esperimenti qui descritti sono adatti a ragazzi di tutte le età e possono essere organizzati in pochi minuti con semplici materiali facili da trovare – incluse un bel po’ di uova.

Un normale uovo di gallina è composto di tre parti principali: il guscio, il bianco (l’albume) e il tuorlo. Ma, se si osservano delle uova molto fresche, si può notare, rompendole, che il bianco è diviso in due parti: un rigido strato interno ed uno acquoso esterno. Tra l’albume e il guscio c’è un’altra strutture: una membrana fina ma abbastanza forte. Nelle attività di seguito vedremo come l’anatomia dell’uovo ne  influenza le proprietà.

Il guscio di un uovo deposto da una gallina sana che vive all’aria aperta è sorprendentemente duro; Le galline cresciute in batteria spesso depongono uova con un guscio più fino. Sebbene un brusco colpo può rompere il guscio, la forma regolare gli conferisce la capacità di resistere a determinati pesi (come quello di mamma gallina). Ci sono molti esperimenti che dimostrano questa resistenza – incluso, se vuoi rischiare, camminare letteralmente sulle uova.

Uova strizzate

Gli studenti possono provare questo semplice esperimento da soli per sorprendersi della resistenza delle uova.

Materiali

• Uova di buona qualità. Uno per ogni gruppo di studenti. (uova da allevamento all’aperto sono da preferire)
• Pellicola trasparente

Procedura

1. Incartare ogni uovo con la pellicola trasparente, come precauzione in caso di rottura.
2. Chiedere agli studenti di rimuovere ogni anello dalle mani.
3. Chiedere agli studenti di prendere un uovo con una mano e stringere il più forte possibile (figura 1). Facendo attenzione a non usare le unghie.
4. Dovrebbe essere impossibile, o molto difficile, rompere l’uovo, anche se lo si stringe molto forte.

Cosa sta succedendo?

Il guscio è fatto di un materiale sottile e fragile – quindi perché non si rompe? La risposta è nella forma bombata, che – come una cupola o un arco in architettura -  distribuisce la forza applicata sull’intera struttura, diminuendo la pressione applicata in ogni singolo punto e quindi riducendo la possibilità di rottura. Tale forma assicura anche che una forza esterna agisca solo comprimendo il guscio, piuttosto che allungandolo o spingendolo lateralmente. Poiché il materiale del guscio è molto rigido, è molto forte sotto compressione e quindi non si rompe.

Infatti, la forma dell’uovo nell’estremità più appuntita è ideale come struttura portante. Gli ingegneri sanno che l’arco che meglio distribuisce il peso è l’arco catenario. Matematicamente questa curva ha una forma molto simile alla parte a punta dell’uovo, questo è il motivo per cui il guscio ha maggiore resistenza se la forza è applicata all’estremità (come nella seguente attività) piuttosto che al centro.

Camminare sulle uova

È impressionante camminare sulle uova – ma anche rischioso!

Materiali

• Almeno due dozzine di uova di buona qualità

Procedura

1. Controllare che le uova siano tutte integre.
2. Poggiare le scatole di uova sul pavimento, poste una vicino all’altra, in modo tale da poter sistemare un piede in ogni scatola.
3. Se si hanno più di due scatole, accoppiarle in modo tale da formare una fila per camminare. Si possono posizionare le scatole vicino un muro per aiutarsi a mantenere l’equilibrio.
4. Togliere le scarpe.
5. Delicatamente camminare sulle scatele di uova, un piede per scatola, distribuendo il pese uniformemente (figura 2).
6. Se si hanno altre scatole, delicatamente continuare a camminare sul percorso.

Cosa sta succedendo?

Poiché le uova sono nella loro scatola, sono mantenute nella posizione giusta. Il peso della persona preme sull’estremità a punta dell’uovo anziché altrove, e quindi esse sono in grado di resistere al massimo della forza. Il peso è anche condiviso tra tutte le uova, e ciò minimizza la pressione su ogni singolo uovo.

Lo stesso principio di distribuzione del peso implica che è possibile sdraiarsi in un ‘letto’ di uova. Per farlo ci sarà bisogno di circa dieci dozzine di uova. In questo caso il peso sarà distribuito su una superficie molto ampia.

Uova in rotazione

Dall’esterno, le uova crude e quelle sode hanno lo stesso aspetto, ma c’è una maniera semplice per distinguerle senza romperle. Questa attività lo dimostra, può essere una dimostrazione da parte dell’insegnante o un’attività da proporre alla classe.

Materiali

Per l’insegnate o ogni gruppo di studenti: un uovo sodo e un uovo crudo. Le due uova devono essere di grandezza e forma  molto simili (pesarli per verificarlo) e essere alla stessa temperatura.

Procedura

1. Chiedere agli studenti di indovinare quale uovo sia crudo (è possibile identificare con un segno l’uovo scelto)
2. Prendere un uovo e farlo girare abbastanza velocemente su una superficie dura.
3. Fermarlo velocemente con un leggero tocco. Osservare se rinizia a girare di nuovo, o rimane fermo. Provare diverse volte.
4. Fare lo stesso con l’altro uovo.
5. È possibile ora indovinare quale sia l’uovo crudo poiché riprende a roteare lentamente dopo essere stato fermato.

Cosa sta succedendo?

Mentre l’interno dell’uovo sodo è solido, quello dell’uovo crudo è liquido. Quando l’uovo crudo viene fatto roteare e poi stoppato, il liquido interno continua a muoversi e ciò fa si che esso riprenda a girare dopo essere stato fermato. Mentre quando l’uovo sodo viene fatto roteare e poi fermato il suo interno solido non continua a muoversi, quindi l’uovo rimane fermo.

Più scientificamente, possiamo interpretare questo fenomeno in termini di forze in un mezzo viscoso. Quando l’uovo crudo viene fermato toccandolo momentaneamente, il liquido interno continua a muoversi producendo forze attraverso il liquido stesso. Se l’uovo viene velocemente rilasciato, queste forze possono agire sul guscio e far roteare nuovamente l’uovo. All’interno dell’uovo sodo non c’è un liquido viscoso, quindi fermando la rotazione (che richiede un po’ più di forza rispetto all’uovo crudo) lo si porta ad uno stato stazionario.

Estensione

Chiedere agli studenti quale uovo sia più difficile da far roteare all’inizio. Motivare la risposta basandosi sui principi appena descritti (Dovrebbero osservare che l’uovo crudo è più difficile da far roteare per lo stesso motivo per cui è più difficile fermarlo.)

Uova che rimbalzano

Sapevi che oltre ad essere resistenti, le uova possono anche rimbalzare? Prima però è necessario rimuovere il guscio.

Materiali

• Un uovo crudo
• Aceto (meglio se bianco)

Procedura

1. Mettere un uovo nell’aceto tutta la notte.
2. La mattina seguente, il guscio sarà morbido. Molto delicatamente rimuovere il guscio in modo tale da lasciare solo la membrane interna. Attenzione a non strapparla.
3. Sciacquare l’uovo per eliminare ogni traccia di guscio.
4. Adesso provare a far cadere l’uovo da pochi centimetri di altezza su una superficie liscia e dura. Dovrebbe rimbalzare! Attenzione – se lo si lascia cadere da troppo in alto esploderà.

Cosa sta succendendo?

L’aceto contiene acido etanoico (o acido acetico). L’acido acetico reagisce con il guscio, che è fatto di carbonato di calcio:

2 CH₃COOH + CaCO₃ → H₂O + CO₂ + Ca(CH₃COO)₂
acido etanoico + carbonato di calcio → biossido di carbonio e  acetato di calcio

L’acetato di calcio risultante è solubile in acqua, così il guscio si dissolve; Se lo si lascia in aceto abbastanza a lungo il guscio dell’uovo si dissolve completamente.

Perché l’uovo non si rompe quando viene lanciato? La risposta è nella membrana, che risulta essere sorprendentemente forte ed elastica. Tale elasticità permette all’uovo di espandersi quando urta con una superficie dura, ciò significa che decelera più lentamente rispetto ad un uovo con il guscio rigido. Poiché la decelerazione è ridotta, lo sono anche le forze che agiscono sull’uovo (Seconda legge della dinamica di Newton).

Uovo risucchiato

Un uovo sodo accuratamente sgusciato può essere utilizzato per dimostrare la pressione atmosferica.

Materiali

• Un uovo sodo.
• Una bottiglia di vetro con il collo leggermente più piccolo dell’uovo.
• Cerini

Procedura

1. Rimuovere attentamente il guscio dell’uovo, eliminando anche la membrane interna.
2. Accendere un cerino, far crescere la fiamma ed inserirlo nella bottiglia. Velocemente farlo con un secondo cerino, immediatamente chiudere la bottiglia con l’uovo mentre i cerini stanno ancora bruciando.

In pochi secondi, l’uovo verrà risucchiato all’interno della bottiglia. (figure 3 e 4).

Cosa sta succedendo?

I cerini per bruciare utilizzano l’ossigeno nella bottiglia, formando fumo. Un solido (il fumo) occupa un volume inferiore rispetto ad un gas (l’ossigeno), quindi la pressione interna alla bottiglia diminuisce. Con il risultato che l’uovo viene risucchiato; poiché la pressione esterna alla bottiglia, maggiore di quella interna, lo spinge.

Un ulteriore considerazione è che i cerini bruciando scaldano l’aria circostante, ciò farebbe pensare che la pressione nella bottiglia debba aumentare. Ovviamente la riduzione della pressione causata dalla combustione dell’ossigeno sovrasta l’aumento causato dal calore.

Approfondimento

Ripeti l’esperimento senza l’uovo, ma coprendo l’apertura della bottiglia con la pellicola trasparente. Poiché la pressione interna alla bottiglia diminuisce la pellicola verrà spinta verso l’interno, formando una superficie concava.

Alternativamente, questa attività può essere condotta riversando (attentamente!) acqua bollente nella bottiglia prima di chiuderla con l’uovo. Quando il vapore condensa la pressione interna si riduce, e l’uovo viene lentamente risucchiato. Questa modalità richiede qualche minuto.

Tue idee?

Hai usato le uova per gli esperimenti in aula? Hai suggerimenti utili? Lascia un commento alla versione online dell’articolo, descrivendo come hai sfruttato queste idee e che altri esperimenti hai provato, hanno funzionato? Cosa può essere migliorato?