Come è possibile che un uovo crudo “protetto” da un determinato fluido e lasciato cadere da un'altezza di un metro si rompa all'impatto col suolo mentre ciò non succede se lasciato cadere da un'altezza superiore ai 4 metri ? E' solo una delle diverse esperienze che possiamo fare per spiegare ai ragazzi le proprietà dei fluidi non newtoniani.
Da diversi anni a questa parte utilizzo i fluidi non newtoniani nella mia didattica quotidiana: sono affascinanti, sorprendenti, lasciano spazio a modelli teorici anche elaborati permettendo di effettuare diversi esperimenti.
Viene definito non newtoniano un fluido la cui viscosità cambia in base allo sforzo di taglio che viene applicato. Un fluido non newtoniano è un fluido che, solo se viene colpito energicamente, diventa solido.
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Per realizzare un semplice fluido non newtoniano, abbiamo usato la ben nota miscela di acqua e maizena (Amido di Mais), nel rapporto 1 a 3. Come si comporta un fluido non newtoniano se sottoposto a vibrazioni come ad esempio della musica?
Poniamo il nostro fluido non newtoniano su una comune cassa musicale e sottoponiamolo a un range di frequenze e di ampiezza diversi.
Se sottoposto ad un range di frequenze da 10 a 300Hz si osserva che intorno alle frequenze di 20-30 Hz il fluido mostra strutture complesse. Ad alte frequenze il fluido appare come una massa informe.
Perchè questo fenomeno?
Un fluido non newtoniano si comporta da solido se sottoposto a forze intense , veloci (forze impulsive).
L'effetto è simile al traffico autostradale. Quando ci sono poche macchine il traffico scorre velocemente, mentre quando ci sono tante macchine è facile trovarsi in coda, “impacchettati” fermi.
Quando sottoposto ad alte frequenze, quindi a colpi veloci, intensi, il fluido appare come un solido, come una struttura unica, è questo ciò che accade ad alte frequenze, dove il fluido appare come una struttura unica, compatta.
Intorno ai 20-30 Hz il fluido mostra strutture variabili, perchè è un misto liquido-solido.
Il ketchup è anch'esso un fluido non newtoniano, ma si comporta in maniera diversa rispetto al maizena. Sottoposto a forza lente appare come solido, mentre sottoposto a forze veloci appare come un liquido.
Abbiamo messo il ketchup sulla cassa acustica ed abbiamo osservato delle figure bellissime, nello stesso range di frequenza del maizena.
I fluidi non newtoniani, per questo loro comportamento particolare, possono essere utilizzati in strutture di protezione, pensiamo alle tute da moto.
Per testare la fattibilità della cosa, abbiamo riempito una busta di plastica con del fluido non newtoniano e vi abbiamo immerso un uovo crudo.
Abbiamo lasciato cadere l'uovo “protetto” dal fluido siffatto a diverse altezza, abbiamo osservato che l'uovo ad altezza intorno ai 4, 5 metri non si rompeva, ma se cadeva da 1 metro sì.
Il fenomeno può essere spiegato con il fatto che ad elevate altezze, l'urto avviene in un tempo molto piccolo ed il fluido, comportandosi da solido, fa il suo dovere proteggendolo. A basse altezze dal suolo, purtroppo, il fluido è troppo liquido per proteggere il nostro guscio durante l'impatto.
Le cronache del recente terremoto in Emilia raccontano che dal terreno è uscita acqua e sabbia. Perchè? come spiegare tale fenomeno?
Questi ed altri esperimenti potete trovarli alla Mostra Sperimentando a Padova fino al 18 Maggio, facili da realizzare, da sperimentare a scuola.
Per altri esperimenti consultate la scheda allegata all'articolo. Per info ulteriori e dettagli scrivetemi ad Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Ringrazio i miei alunni Tharabas Greghi ed Enrico Agostini per l'impegno e l'allestimento del materiale, la preparazione dei file musicali, specie riguardo all'allestimento delle casse e dello stereo.
 FLUIDI NON NEWTONIANI SCHEDA.pdf | [ ] |