Gocce di pioggia: quando il peso fa la differenza

Per realizzare questo esperimento, mi sono servita di un kit ricevuto in regalo qualche anno fa. Il kit permette di realizzare diversi esperimenti scientifici. In questo caso specifico, come vedrete, sarà facile reperire tutto ciò che vi serve, soprattutto se il vostro obiettivo è semplicemente… creare la pioggia!

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Occorrente

Alcuni degli elementi in elenco, in realtà, servono per un esperimento più complesso che riguarda l’intero ciclo dell’acqua. La montagna e il suo serbatoio sotterraneo, in questo caso, avranno solamente una funzione scenografica. Ho evidenziato in grassetto gli oggetti effettivamente necessari.

Procediamo, adesso, con la preparazione dell’esperimento.

Se avete il kit o un oggetto di plastica che somigli a una montagna, seguite queste istruzioni, in caso contrario passate allo step numero 2.
Prendete la montagna, praticate un buco in cima con uno spillo, capovolgetela e riempitela con del terriccio umido. Sigillate la montagna con il tappo forato. Sotto il tappo forato inserite il serbatoio (base della montagna). Quest’ultimo deve essere a tenuta stagna, ovvero non deve entrare acqua dall’esterno ad eccezione di quella che potrebbe arrivare dal terriccio sovrastante… Su questo punto, come vedremo, c’è stata grossa crisi idrica!
Posizionate la montagna all’interno del bicchiere e aggiungete dell’acqua fino alle “pendici” della montagna stessa ovvero fino a coprire completamente il serbatoio. La mia montagnetta è risultata un po’ instabile, si muoveva troppo, allora ho deciso di usare una zavorra per farla stare giù ed ho messo un sassolino dentro il serbatoio.

Anche senza montagnetta, il bicchiere va riempito con un poco di acqua, circa 1 cm, e va coperto con il coperchio a forma di nuvola. In assenza del kit, è possibile creare una copertura ritagliando una porzione curva di una bottiglia di plastica. L’importante è tappare il bicchiere con una superficie convessa verso il basso. Se necessario, fissate il coperchio di fortuna con del nastro adesivo.
A questo punto, aggiungete il ghiaccio sopra il coperchio a forma di nuvola, puntate la lampada e aspettate, osservate, filmate, fotografate…
Siccome i tempi potrebbero essere particolarmente lunghi, accertatevi che l’eventuale fotocamera abbia spazio di memoria a sufficienza e che non siano impostati limiti di tempo troppo brevi per le registrazioni video. Secondo il kit, in 20 minuti dovrebbero vedersi le prime goccioline di pioggia, noi abbiamo impiegato più di mezz’ora per vederne una!

Innanzitutto, la lampada avrebbe dovuto essere a incandescenza in modo tale da produrre grandi quantità di calore. Ma noi in casa, da bravi ecologisti, avevamo solo lampadine a risparmio energetico! Quindi credo che avremmo potuto aspettare anche giorni se non fossimo intervenuti con un piccolo aiuto (asciugacapelli indicato dalla freccia…).
La differenza tra i due tipi di lampade, infatti, è a livello di efficienza. Le lampade a incandescenza, ormai in disuso, producono più calore che luce, disperdendo buona parte della loro energia, che va letteralmente persa. Il contrario avviene nelle lampade a risparmio energetico.
Comunque alla fine qualcosa è successo! Hanno iniziato a formarsi tante piccole goccioline, che via via sono diventate sempre più grandi… ma non ve lo racconto, preferisco mostrarvelo!

L’esperimento ha l’obiettivo di ricreare il ciclo dell’acqua, simulando ciò che accade in natura. In questo caso specifico, ci si è dedicati solo ad una parte del ciclo, ovvero la formazione della pioggia.

Grazie al calore del sole, l’acqua evapora dai mari e dagli oceani in grandi quantità. L’acqua nel bicchiere rappresenta l’acqua del mare soggetta a evaporazione. Anche il suolo e le piante sono soggette ad evaporazione, ed in effetti anche il terriccio umido della montagna in parte evaporerà, ma è una componente trascurabile in questo esperimento.

Il vapore acqueo formatosi, essendo leggero, tende a salire verso l’alto fino ad arrivare alla quota delle nuvole, dove l’aria è molto più fredda (coperchio a forma di nuvola).
Le basse temperature (ghiaccio sul coperchio!) tendono a far tornare l’acqua allo stato liquido. Il fenomeno si chiama condensazione ed in natura avviene, principalmente, grazie alla presenza in atmosfera di particelle di pulviscolo che fungono da nuclei di condensazione.
L’acqua si deposita intorno al pulviscolo e si formano tante piccole goccioline, numerosissime goccioline di acqua sospese… le nuvole!

Nell’esperimento, il fenomeno della condensazione e della formazione delle nuvole viene riprodotto con uno stratagemma.
La superficie a forma di nuvola, ricoperta di ghiaccio, è come se fosse un grande nucleo di condensazione o meglio è, a tutti gli effetti, una superficie di condensazione.
Avete presente quello che accade ai finestrini delle nostre auto quando le lasciamo tutta la notte al gelo e fuori dal garage?
I vetri si appannano!
Questo succede perché tutte le parti in vetro si trovano a contatto con due temperature molto diverse. La temperatura esterna è molto più fredda di quella interna e, tutta l’umidità interna a contatto con i vetri freddi… condensa!

Le piccole goccioline, sia in atmosfera che nel nostro esperimento, si accrescono man mano che si aggiunge acqua alla condensazione, inoltre si aggregano tra di loro diventando sempre più grandi (coalescenza).

Dall’immagine è possibile osservare le gocce che si sono formate, quanto siano numerose e come alcune siano più grandi rispetto alle altre. Le gocce più grandi si trovano nei punti più bassi delle nuvolette di plastica e si sono accresciute grazie all’arrivo di altre goccioline che, diventando sempre più pesanti, hanno cominciato a scivolare verso il basso.

Questo fenomeno vi ricorda qualcosa? È la nostra maledetta gravità che ci aiuta a simulare la coalescenza… e non solo!

La pioggia si verifica solo quando la forza peso delle goccioline (forza di gravità) supera la resistenza offerta dal moto ascendente che le ha portate su e che tende a mantenerle in sospensione… con la testa tra le nuvole!

Grazie al collega e amico meteorologo Matteo Zanetti per il supporto scientifico 🙂