La capillarità è un fenomeno che si osserva quando l'acqua risale attraverso tubicini sottili a causa dell'adesione delle sue molecole alle pareti dei tubi. Le piante sfruttano questo fenomeno per trasportare l'acqua dalle radici fino alle foglie. La capillarità è presente anche nella nostra vita quotidiana, ad esempio quando inzuppiamo un biscotto nel tè o quando vediamo l'umidità risalire dal terreno lungo i muri di una casa.
Esperimento con un pezzo di jeans
Per dimostrare la capillarità dell'acqua, possiamo utilizzare un pezzo di stoffa jeans e un bicchiere d'acqua. Immergendo metà della stoffa nell'acqua, noteremo che l'acqua risale lungo le fibre della stoffa grazie alla capillarità.
Esperimenti classici sulla capillarità
In questo video vengono presentati tre esperimenti classici per dimostrare la capillarità e la sua importanza per le piante:
- I tubicini di vetro immersi nell'acqua
- Due fogli di plastica trasparente vicini l'uno all'altro
- La zolletta di zucchero
Utilizzo del cotone idrofilo
Per questo esperimento avremo bisogno di acqua colorata e cotone idrofilo. Appoggeremo delicatamente il cotone sull'acqua colorata e osserveremo come il cotone assorbe l'acqua per capillarità. Le fibre sottili del cotone permettono all'acqua di salire attraverso di esse.
Purificazione dell'acqua
In questo esperimento avremo bisogno di una bacinella contenente acqua e terra, un cordone o una striscia di stoffa e un vasetto trasparente. Inseriremo un'estremità della striscia di stoffa nell'acqua sporca, lasciando cadere l'altra estremità all'interno del vasetto vuoto. Dopo qualche minuto, nel vasetto si raccoglieranno gocce d'acqua pulita grazie al fenomeno della capillarità.
Fiori che si aprono
Per questo esperimento avremo bisogno di un contenitore con dell'acqua e fiori di carta. Stampiamo o disegniamo dei fiori su un foglio di carta, li ritagliamo e pieghiamo i petali verso il centro. Appoggiamo i fiori sulla superficie dell'acqua e osserveremo come i petali si aprono grazie all'assorbimento dell'acqua per capillarità. Nei fiori veri avviene un processo simile, dove le cellule assorbono l'acqua e si gonfiano, permettendo ai petali di aprirsi.
Colorare un garofano
Per questo esperimento avremo bisogno di due vasi con dell'acqua, un garofano bianco e del colorante. Il colorante non danneggia il garofano, ma ci permette di osservare il movimento dell'acqua attraverso lo stelo fino ai petali. I vasi hanno degli steli così sottili che l'acqua risale per capillarità.
Per spiegare ai bambini cos'è la capillarità, possiamo realizzare un semplice esperimento utilizzando una striscia di carta e un bicchiere d'acqua. Tagliamo una striscia di carta lunga 15 cm e larga 2 o 3 cm. Con un pennarello nero, segniamo un punto a circa 4 o 5 cm da uno dei bordi più stretti della striscia. Riempiremo il bicchiere con acqua fino a un massimo di 3 cm e arrotoleremo l'estremità opposta della striscia intorno a una cannuccia. L'estremità immersa nell'acqua non deve toccare il punto nero. Osserveremo che l'acqua risale attraverso la carta, trascinando il colore dal punto nero. Nel tempo, il nero si decomporrà nei colori che lo compongono.
In un altro esperimento, possiamo utilizzare cinque bicchieri, cinque coloranti alimentari o colori a tempera diversi, acqua e quattro fogli di carta assorbente. Riempiremo ogni bicchiere a metà con acqua colorata e disporremo i bicchieri uno accanto all'altro. Arrotoleremo i fogli di carta assorbente e li posizioneremo a formare un ponte tra due bicchieri adiacenti, immergendo le estremità nell'acqua dei due bicchieri. Osserveremo come l'acqua risale attraverso la carta, mescolando i colori dei bicchieri e creando un effetto cromatico interessante. Possiamo anche inserire un bicchiere vuoto tra i bicchieri con acqua colorata e utilizzare sempre la carta assorbente per creare dei ponti tra bicchiere pieno-vuoto-pieno. Alla fine, vedremo che i bicchieri vuoti si riempiranno di acqua colorata proveniente dai bicchieri adiacenti, mescolando i colori e creando un effetto cromatico afmaravilloso.
La capillarità è un fenomeno complesso che si verifica quando un liquido contenuto in un recipiente, oltre alle forze normalmente presenti (come il peso e le reazioni delle pareti), è influenzato dalla tensione superficiale. Questo fenomeno è tipico dei tubi capillari.
Quando un liquido si trova in un tubo capillare, la sua superficie libera non è piana. Se il tubo ha una sezione circolare, la superficie si configura come una calotta sferica, con il menisco concavo o convesso a seconda che il liquido bagni o non bagni la parete del tubo. Questo dipende dalla prevalenza delle forze di adesione o di coesione tra il liquido e la parete. Se due vasi sono collegati tra loro e uno di essi è capillare, la legge dei vasi comunicanti non si applica. L'acqua si sposterà più in alto o più in basso nel tubo capillare a seconda delle proprietà di bagnabilità delle pareti. La differenza di altezza tra le due superfici libere dell'acqua è espressa dalla formula di Jurin: h = k/r, dove r è il raggio del tubo capillare e k è una costante dipendente dalla tensione superficiale, dal peso specifico e dalla temperatura del liquido, nonché da altri fattori come l'angolo di contatto tra il liquido e la parete.
La capillarità è un fenomeno afmaravilloso che si manifesta in molte situazioni della vita quotidiana e che può essere spiegato in modo semplice ai bambini e ai ragazzi delle scuole medie attraverso esperimenti pratici e dimostrazioni visive.