La nube in bottiglia e altri esperimenti

Creare una nube in bottiglia è possibile? Sì! Sono sufficienti una bottiglia di plastica, un dito d'acqua, una pompetta da bici, un fiammifero e qualche tentativo per raffinare la tecnica di esecuzione di questa "ricetta".
Questo ed altri esperimenti, dedicati ad alcuni fenomeni atmosferici, sono i protagonisti di questa nuova sezione.
I lettori, numero dopo numero, potranno imparare a riprodurre questi fenomeni atmosferici utilizzando semplici strumenti casalinghi.

Questa sezione è il risultato di una ricerca in rete e della lettura del testo "Clouds in a glass of beer" di Craig F. Bohren (John Wiley & Sons,1987). Alcuni degli esperimenti proposti sono stati presentati nella mostra (ideata in collaborazione con l'associazione CHAN contemporaryArt Association) "Con la testa fra le nuvole!" al Festival della Scienza del 2010.

Le nubi sono un aerosol, cioè una soluzione colloidale di particelle liquide (goccioline d’acqua) e solide (microcristalli di ghiaccio, polveri…) in un mezzo gassoso (l’aria umida). Una nube è costituita da centinaia di milioni di goccioline d’acqua e/o cristalli di ghiaccio per metro cubo. Ma come riesce a formarsi una tale quantità di goccioline e cristalli sospese nell'aria?
Ecco due semplici esperimenti per capirlo.

NUBE IMBOTTIGLIATA

Ingredienti
una bottiglia di plastica di una bevanda frizzante (in modo che sia resistente e non si accartocci facilmente)
un dito d’acqua
una pompetta da bici
un fiammifero

Preparazione
Versare un dito d’acqua nella bottiglia. Accendere un fiammifero e spegnerlo dentro la bottiglia. Collegare la pompetta con la bottiglia pompando aria per quattro o cinque volte. Stappare la bottiglia. Ritapparla rapidamente.

Risultato
All’interno della bottiglia si forma una nuvoletta.

Spiegazione
Quando si stappa la bottiglia, l’aria umida compressa in essa si espande molto rapidamente senza scambiare calore con l’ambiente e si raffredda. Le piccole particelle solide (nuclei di condensazione) originate dalla combustione del fiammifero permettono al vapore acqueo presente di condensare.
In atmosfera le nuvole si formano per mezzo di fenomeno analogo: l'aria umida presente a bassa quota, scaldata dalla superficie terrestre, diviene meno densa e, perciò, tende a salire di quota. Salendo, l'aria si espande rapidamente senza riuscire a scambiare calore con l'ambiente e si raffredda, fino a diventare satura di vapore acqueo. Superato questo livello, il vapore acqueo può trasformarsi in liquido, dando vita alle goccioline che formano la nuvola. Ma una gocciolina può nascere solo con l'aiuto di piccole particelle solide, i nuclei di condensazione.

NUBE FRIZZANTE

Ingredienti
una caraffa
acqua frizzante
sale fino
sabbia

Preparazione
Versare l’acqua frizzante nella caraffa e aggiungere di tanto in tanto del sale fino. Provare anche con granelli di sabbia.

Risultato
Si forma una nuvoletta di bollicine.

Spiegazione
L’acqua frizzante contiene molte molecole di anidride carbonica. Come accade nelle nubi per le goccioline d’acqua nell’aria, le particelle di sale e sabbia facilitano la formazione di bollicine di anidride carbonica nell’acqua.

Le nubi nascono solo in presenza
di piccole particelle solide