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... esplora: stazione di conversione dell'energia

Costruisci la tua stazione di conversione dell'energia, con la quale potrai studiare la trasformazione dell'energia elettrica in altre forme energetiche. 

Costruisci la tua stazione di conversione dell'energia

Grazie a questa stazione potrai collegare diversi trasformatori di corrente alla tua centrale a manovella e trasformare così l'energia elettrica in altre forme di energia, quali ad esempio l'energia cinetica, sonora e luminosa.

Materiale
 1) carta millimetrata
 2) nastro biadesivo
 3) 1 motore elettrico con cavetti blu e rossi
 4) 1 ruota dentata rossa
 5) 1 ruota dentata verde
 6)  3 magneti
 7) 1 puntina da disegno 
 8) 1 stecco di legno spesso 3 mm (spiedino da griglia)
 9) 1 blocco di poliuretano espanso
10) 1 spillo
11) 1 disco di cartone
12) 1 barra di poliuretano espanso

Attenzione: non mettere in bocca i magneti: se ingeriti, possono causare lesioni interne!

• Taglia una striscia di nastro biadesivo larga 0,5 cm. 
• Ritaglia una seconda striscia di egual misura (0,5 cm). 
• Taglia a metà entrambe le strisce, così da ottenere 4 pezzi di nastro biadesivo, tutti della stessa misura. 

• Segna sul blocco quadrato di poliuretano due punti in cui metterai i magneti.
• I due segni devono distare 3 cm da uno degli angoli.

• Appoggia la barra di poliuretano in diagonale sul blocco quadrato, in modo che ne tocchi i bordi con gli angoli. 
• Traccia un segno lungo il lato anteriore della barra. 

• Usa il coltello per rimuovere l'angolo segnato. 
• Assicurati di realizzare un taglio netto e ben dritto in verticale.

• Incolla un pezzo di nastro biadesivo sui due segni e uno al centro del lato da cui hai tagliato via l'angolo.
• Rimuovi la pellicola protettiva. 

• Incolla i magneti sul nastro biadesivo.
• Accertati che ci sia lo stesso spazio vuoto al di sotto e al di sopra dei magneti, e che questi siano perfettamente in verticale.  

• Incolla al centro del blocco di poliuretano un pezzo di nastro biadesivo largo 2,5 cm. 
• Rimuovi la pellicola protettiva. 
• Incolla il motore al centro del blocco di poliuretano, accertandoti che i cavi siano rivolti verso l'angolo opposto a quello che hai appena tagliato via.
• Premi il motore con forza sul blocco.

La macchina del suono: 
trasforma l'energia elettrica in energia sonora

• Appoggia il disco di cartone sulla barra di poliuretano.
• Fora il centro del disco con la puntina da disegno. 

• Attacca un pezzo di nastro biadesivo largo 2,5 cm sulla ruota dentata verde.
• Rimuovi la pellicola protettiva.

• Infila nel foro la puntina, facendola passare dal lato stampato del disco; tieni la puntina con la mano.
• Infila la ruota dentata verde sulla punta della puntina da disegno; così troverai il centro esatto. 
• Premi con forza la ruota dentata verde sul disco di cartone. 

• Infila la ruota dentata verde attaccata al disco di cartone sull'asse del motore.

• Ricava una porzione di spiedino di legno lunga 10 cm; tieni la parte con la punta.

• Appoggia questo pezzo in verticale sul tavolo, con la punta rivolta verso l'alto.
• Infila la ruota dentata rossa sullo spiedino. Attenzione: la rotellina più piccola deve essere rivolta verso l'alto!
• Spingila fino a metà stecco. 

• Infila lo stecco, dalla parte della punta, nell'angolo del blocco di poliuretano opposto a quello che hai tagliato via prima.
• Attenzione: lo stecco non deve toccare il disco di cartone e deve stare il più possible in verticale.
• Spingi lo stecco fino in fondo al blocco, così da toccare il tavolo con la punta.

• Costruisci un aggeggio che ti aiuti a misurare e tagliare la barra di poliuretano espanso:
• Taglia via da una striscia di carta larga 2 cm (rossa, gialla, blu o verde) un pezzo lungo 9 cm.
• Avvolgilo intorno alla balla di poliuretano espanso. Assicurati che i bordi siano esattamente sovrapposti.
• Fissa l'anello di carta con un pezzo di normale nastro adesivo.

• Aiutati con l'anello e misura un pezzo di barra che disti esattamente 10 cm dall'estremità.
• Taglia con il coltello lungo il bordo dell'anello.
• Muovi il coltello avanti e indietro, applicando poca pressione, fino ad arrivare a un terzo circa dello spessore della barra.
• Gira la barra di 90° e taglia ancora, fino ad arrivare a un altro terzo dello spessore
• Ripeti la procedura.
• Al quarto taglio, taglia del tutto la barra (vedi filmato).

• Traccia un segno a forma di croce al centro della barra di poliuretano.
• Infila la punta dello spiedino da 3 mm nel segno tracciato sulla barra di poliuretano. 

• Allarga il buco con una matita.
• Infila la matita da entrambi i lati della barra, fino a quando  non riuscirai a farcela passare tutta.

• Appoggia la barra di poliuretano sul tavolo. 
• Infila uno spillo con la capocchia colorata a circa 1 cm dall'estremità della barra.
• Infila lo spillo fino in fondo, facendogli toccare il tavolo; accertati che sia posizionato in verticale.

• Infila la barra di poliuretano sullo stecco, appoggiandola sulla ruota dentata rossa. 
• Spingi la ruota dentata verso il basso, fino a far toccare lo spillo con il disco di cartone. 

• Ritaglia due pezzi di tubo di silicone lunghi 2 cm.

• Piega le estremità dei cavetti.

• Infila il cavetto nero in fondo a un pezzo di silicone da 2 cm. Accertati che la parte isolata sia inserita nel tubicino per almeno 0,5 cm.
• Fissa il cavetto con un chiodo: infila il chiodo nel tubicino così come nell'immagine.
• Ripeti l'operazione con il cavetto rosso.

• Collega la "spina" del motore e della centrale elettrica ai magneti. 
• Genera corrente!
• Fai ruotare il disco come se volessi far allontanare lo spillo dal pezzo con lo stecchino (freccia verde).
• Parti dolcemente e mantieni l'andatura finoa quando lo spillo non avrà trovato la sua posizione sul disco; a questo punto puoi andare "a manetta"! Sentirai chiaramente del rumore.

• Nel caso in cui durante la rotazione lo spillo scivoli sul cartone, orienta la barra verso l'altro lato del disco e inverti il senso di rotazione (freccia verde).
• Probabilmente dovrai regolare un po' la ruota dentata rossa verso l'alto o verso il basso, in modo che lo spillo sia ben appoggiato al disco di cartone.

• Applicando un piccolo rilievo al disco di cartone, a ogni rotazione lo spillo subirà un piccolo colpo, chiaramente udibile. 
• Attacca al disco di cartone una sottile striscia di carta con del normale nastro adesivo. La striscia deve essere orientata dal bordo verso il centro.
• Così facendo creerai un piccolo rilievo e lo spillo non potrà restare impigliato.

L'illuminazione:
trasforma l'energia elettrica in energia luminosa

• Fissa il cavo nero al magnete centrale. 
• Collega un LED ai due magneti a cui sono collegati il filo blu e quello nero.

• Mentre il motore gira puoi anche far accendere un LED.
• Se il LED non si accende devi invertire i collegamenti. 
• Una parte dell'energia elettrica generata grazie all'azione della manovella viene trasformata in energia luminosa; la riconosci tramite l'illuminazione del LED.

Il vortice
Probabilmente conosci già questo trucco: 
scommetti con qualcuno che sarai in grado di vuotare una bottiglia d'acqua nel minor tempo possibile. Fai ruotare con veemenza l'estremità superiore della bottiglia un paio di volte e vedrai che, grazie al vortice creatosi, essa si svuoterà molto più in fretta rispetto a come accadrebbe se l'avessi semplicemente capovolta.

• Prendi una striscia di carta larga 2 cm (rossa, blu, verde o gialla) e ritagliane un pezzo largo 1 cm.
• Attacca questo pezzo di carta su un pezzo di nastro adesivo lungo 4 cm.
• Il bordo superiore del pezzo di carta deve rimanere libero.

• Attacca il pezzo di carta sul vasetto.
• Il bordo superiore della carta deve essere esattamente a filo con il livello dell'acqua.

• Genera un vortice potente.
• Osservando con attenzione, noterai che sui bordi il livello dell'acqua sale leggermente (ca. 1 mm).
• Al centro invece l'acqua si abbassa creando un vortice. 

Possibili scoperte:
Il magnete all'interno del vasetto gira e trasmette la sua energia cinetica (di rotazione) alle particelle d'acqua circostanti. Queste ultime ruotano in cerchio e vengono spinte verso le pareti del barattolo. Una volta raggiunte le pareti di vetro possono solo spostarsi verso l'alto; il livello dell'acqua intanto si alza e al centro, dove si è creato uno spazio vuoto, l'aria esercita la sua pressione.

A nuoto in mezzo al vortice 

Come comportarsi nel caso in cui si finisca in un vortice d'acqua?

Se osservi attentamente cosa capita alla perlina rossa puoi trarne preziosi insegnamenti.  

• Apri il barattolo di vetro.
• Metti la perlina rossa in acqua: vedrai che galleggia. 
• Cosa capita alla perlina se finisce nel vortice?
• Togliendo coperchio puoi osservare il vortice dall'alto; cosa noti?

Possibili scoperte:
La perlina viene risucchiata verso il basso, spinta di lato e infine risale in superficie. Quando ci si trova in un vortice la scelta ottimale è quella di non opporre resistenza. Esattamente come capita alla perlina, bisogna lasciarsi risucchiare verso il fondo per potersi scansare di lato e tornare così in superficie. Nella sezione "... e oltre" puoi scoprire ulteriori informazioni in merito.
Visto che il vasetto è aperto puoi osservare il vortice dall'alto e rilevare che, mentre gira, genera dei suoni coinvolgenti.  

• Taglia un pezzo di tubicino di silicone lungo 1,5 cm.
• Taglialo in due per il lungo, così da ottenere due pezzi uguali.

• Infila il pezzo di silicone nella perlina rossa. Forse dovrai ritoccare un po' un'estremità con le forbici. Ecco che hai costruito un "sub".
  
  

• Metti in acqua il tuo sub e l'altra metà del tubicino di silicone.
• Cosa noti?

• Crea un vortice e osserva le due parti immerse. Cosa succede?

Possibili scoperte:
Il pezzetto di silicone affonda; è più pesante dell'acqua. La perlina da sola galleggia, ma insieme al pezzo di silicone affonda.  
Quando si crea un vortice d'acqua i pezzi vengono spinti verso il lato e poi leggermente in alto. 
A volte capita che delle bolle d'aria si attacchino ai pezzi immersi in acqua, facilitandone così la risalita; questo è lo stesso processo che avviene nel caso dei sub che vengono spinti verso l'alto dall'aria presente nel giubbotto. 

Galleggiare nell'acqua salata

Nell'acqua salata nuotare è più facile...

Con il sale puoi modificare l'acqua in tal modo da permettere al sub di nuotare.

Per questo esperimento è importante che il sub non si porti appresso alcuna bolla d'aria. 

• Dai dei colpetti al sub con il bastoncino di legno, affinché liberi tutte le bolle d'aria.  

• Riempi un cucchiaino di sale.
• Usa il bastoncino per livellare la quantità di sale passandolo sul bordo del chucchiaino stesso ed eliminando così il sale in eccesso. Così ottieni un cucchiaino "raso" di sale.

• Versa il cucchiaino raso in acqua.
• Osserva cosa capita al sale.
• Crea un vortice in acqua e continua ad osservare.

Ripeti la seguente sequenza di lavoro finoa a quando il sub non risale: 

• Versa un cucchiaino raso di sale in acqua.
• Crea un vortice in acqua così da far sciogliere il sale. 
• Osserva se il sub risale o no.

• Fai muovere il sub che sta galleggiando facendo girare un paio di volte il magnete. 
• Puoi cimentarti nel creare delle affascinanti acrobazie.

Possibili scoperte:
Nell'acqua di rubinetto il sub non riesce a stare a galla, in quanto è più pesante dell'acqua stessa. Facendo sciogliere un bel po' di sale in acqua ne si aumenta la densità, il che significa che l'acqua, salata, diventa più pesante. A questo punto il sub diventa più leggero dell'acqua e viene spinto verso l'alto.
Questa spinta verso l'alto si può osservare anche quando ti lasci trasportare dall'acqua al mare. Nell'acqua salata è molto più facile stare a galla che in quella dolce.

La conducibilità elettrica dell'acqua

• Metti sul tavolo il vasetto pieno d'acqua salata.
• Prendi un secondo vasetto con normale acqua di rubinetto.
• Qual è la tua opinione: l'acqua salata e quella del rubinetto conducono l'elettricità?

• Infila in acqua le due testine di prova e controlla se, girando la ruota motrice del tuo generatore a manovella, la corrente scorre e il motore gira.
• Attenzione: le due testine di prova non devono assolutamente toccarsi in acqua.

Possibili scoperte:
L'acqua salata ha un'ottima conducibilità.
Se le testine di prova della stazione di trasformazione dell'energia vengono immerse in acqua di rubinetto pulita non si rileva alcuna conducibilità elettrica.
Attenzione: tutto questo vale solo per flussi di corrente molto deboli, come quello generato dalla centrale a manovella. A questo proposito, guarda la prossima immagine!

La conducibiltà elettrica dell'acqua

Sicuramente lo sai già: 

non devi mai maneggiare apparecchi elettrici se ti trovi in acqua o anche solo nei suoi paraggi; il pericolo è mortale.

Separare i miscugli

Prima di vuotare il contenuto del vasetto devi ripristinare lo status orginale dei suoi componenti. 

Per farlo puoi usare un procedimento simile a quello per preparare il caffè americano: il filtro trattiene la parte fisica (in questo caso il caffè macinato) e il liquido percola attraverso il filtro di carta.

 Filtri

• Costruisci un filtro mettendo un pezzo di carta da cucina sopra a un bicchiere; usa un elastico per fissarlo.
• Le parti solide verranno trattenute dalla carta.
• Ripeti l'operazione con della nuova carta nel caso in cui l'acqua non esca sufficientemente pulita. 
• Alla fine getta pure l'acqua nello scarico.

Sei in grado di separare il sale dall'acqua?

Sulle Ande boliviane, così come in altre parti del mondo, il sale si ottiene separandolo dall'acqua marina.

• Prova personalmente questo esperimento. 

Far evaporare

• Versa alcune gocce di acqua salata in un recipiente piano e lascia riposare per una notte.
• Che cosa ti aspetti?
• Che cosa osservi il giorno seguente?
  
  

Possibili scoperte:
Anche se il sale non era più visibile in acqua, il giorno dopo siamo riusciti a vederlo sotto forma di polvere bianca. L'acqua è evaporata ed è rimasto il sale, che ha formato piccoli cristalli.

• Per costruire il frullatore da laboratorio hai bisogno della centrale elettrica a manovella e della stazione di conversione di energia.
• Rimuovi dalla stazione di conversione di energia due magneti e i pezzi di nastro adesivo.

Materiale

1) Carta millimetrata di explore-it
2) Nastro biadesivo
3) Tubicino in silicone
4) 1 ruota dentata verde
5) 2 magneti
6) Barra di poliuretano espanso

Procurati un vasetto alto e stretto con coperchio a vite (un barattolo della marmellata o da conserve). Quello che vedi nell'immagine è alto circa 11 cm e ha un diametro di circa 7 cm.

Accertati che sul tuo tavolo da lavoro non ci sia nulla che possa danneggiarsi a contatto con l'acqua. Tieni sempre a portata di mano un panno per asciugare. 

• Ritaglia un pezzo di nastro biadesivo largo 0.5 cm.

• Attacca il nasto biadesivo al centro della ruota dentata verde posizionata sul blocco di poliuretano espanso.
• Attacca un magnete al centro del pezzo di nastro biadesivo. 

• Taglia via dalla barra 4 pezzi di poliuretano espanso lunghi 3 cm.
• Aiutati con l'anello per tagliare che hai utilizzato per  costruire la stazione di trasformazione dell'energia.
• Muovi il coltello avanti e indietro applicando una leggera pressione e incidi il pezzo fino a circa un terzo. 
• Ruota il pezzo di 90 gradi e incidi di nuovo a circa un terzo.
• Ripeti l'operazione sul lato seguente.
• Una volta raggiunto il quarto taglio dovresti essere in grado di recidere e staccare completamente il pezzo (filmato).

• Ritaglia due pezzi di nastro biadesivo larghi 1 cm.
• Tagliali a metà così da ottenere quattro pezzi grossi uguale.

• Attacca i pezzi di nastro biadesivo sulle facce quadrate dei pezzi di poliuretano.

• Attacca i quattro pezzi di poliuretano sul blocco di supporto.
• Gli angoli dei pezzi di poliuretano toccheranno i quattro lati della piastra di supporto, come in figura.

• Guardando dall'alto puoi renderti bene conto di come devono essere posizionati i pezzi di poliuretano sul supporto.

• Taglia via dal tubicino di silicone un pezzo lungo circa 2 cm. 
• Infila la presa del cavo blu e del cavo nero nel pezzo di silicone (freccia verde). 
• Verifica che le prese dei cavi rossi siano collegate tra loro tramite il magnete.
• Ora il tuo frullatore da laboratorio è pronto all'uso.

Un vortice d'acqua in bicchiere

• Riempi d'acqua il vasetto.
• Metti un magnete nel vasetto e chiudi il coperchio. 
• Appoggia il vasetto sui 4 pezzi di poliuretano.

• Fai girare la ruota motrice della tua centrale a manovella.
• Continua a farla girare finché non vedi comparire un vortice nell'acqua. 
• Continua a farla girare finché il vortice non raggiunge il fondo del vasetto. Vedrai crearsi degli affascinanti movimenti rotatori e spiraliformi.

• Riesci a portare il vortice anche solo a metà del vasetto?

• Riesci a creare singole bolle d'aria e a farle risucchiare verso il basso?

• Cosa cambia se inverti il senso di rotazione?
  
  
• Fai diverse prove fino a quando non comprendi appieno gli effetti del magnete rotante in acqua. 

• Für den Labor-Mixer brauchst du das Kurbel-Kraftwerk und die Energiewandel-Station.
• Entferne zwei Magnete und Klebebandstücke von der Energiewandel-Station.

Material

• Rasterblatt explore-it
• Doppelklebeband
• 1 grünes Zahnrad
• 2 Magnete
• Silikonschlauch
• Hartschaumstab

Besorge dir ein schlankes, eher hohes Glas. Das Glas soll einen Schraubdeckel haben(Marmeladeglas, Konservenglas).
Das abgebildete Konservenglas ist ca. 11 cm hoch und hat einen Durchmesser von ca. 7 cm.

Sorge dafür, dass nichts auf deinem Arbeitstisch durch Wasser beschädigt werden kann. Halte ein Trocknungstuch bereit. 

• Schneide ein 5 mm breites Stück Doppelkleband ab.

• Klebe das Doppelklebeband in die Mitte des grünen Zahnrades auf dem Hartschaumblock.
• Klebe einen Magneten in die Mitte des Klebebandes. 

• Schneide 4 Hartschaumstücke von 3 cm Länge zu.
• Nutze dazu die Schneidehilfe, die du beim Bau der Energiewandel-Station gebaut hast.

• Schneide zwei Stücke Doppelkelbeband von 1 cm Breite ab.
• Halbiere sie, so, dass du vier gleich grosse Stücke erhältst.

• Klebe die Doppelklebbandstücke auf die quadratischen Seiten der Hartschaumstücke.

• Klebe die 4 Hartschaumstücke auf die Grundplatte.
• Die Ecken der Hartschaumstücke berühren jeweils die Kanten der Grundplatte in der Mitte.

• In der Ansicht von oben kannst du gut erkennen, wo die Hartschaumstücke auf die Grundplatte geklebt werden.

• Schneide ein Stück Silikonschlauch von 2 cm ab. 
• Stecke den Stecker des schwarzen und des blauen Kabels in das Silikonstück (Pfeil). 
• Überprüfe, ob die Stecker an den roten Kabeln durch den Magneten miteinander verbunden sind.
• Nun ist dein Labor-Mixer betriebsbereit.

Wasser-Wirbel im Glas

• Fülle das Glas mit Wasser 
• Lege einen Magneten in das Glas und verschliesse es. 
• Stelle das Glas auf die 4 Hartschaumstücke.

• Drehe das Antriebsrad deines Kurbel-Kraftwerks. 
• Mache dies anduernd, bis du einen Wirbel im Wasser beobachten kannst. 
• Drehe weite und versuche den Wirbel bis auf den Boden des Glases zu bringen.
  Es entsteht ein faszinierendes Gebilde mit spiralförmigen Verdrehungen.

• Kannst du den Wirbel auch nur bis in die Mitte des Glases bewegen?

• Gelingt es dir, dass sich einzelne Luftblasen losreissen und nach unten gezogen werden?

• Was geschieht, wenn du die Drehrichtung änderst?
  
  
• Mache verschiedenartige Erpobungen, bis du die Wirkung des rotierenden Magneten im Wasser gut verstehst.