Kilocal vs joule

Per l'openday degli insegnanti di quest'anno la mia proposta per i docenti della secondaria di primo grado è stata la bozza di un percorso dedicato alle scuole medie che fosse trasversale per biologia e fisica considerando fenomeni "sovrapponibili" rispetto al tema dell'energia.

L'obbiettivo è stato valutare, grazie al parere di questi insegnanti e spero anche di quanti leggeranno questo post, questo percorso per renderlo eventualmente definitivo nell'i.lab Energia&Ambiente.

Il percorso si sviluppa proponendo tre coppie di esperienze, una in ambito fisico ed una in ambito biologico, con al termine di ognuna di queste una sorta di dibattito alla ricerca di analogie e differenze. 

Fotovoltaico vs Fotosintesi

Questo primo confronto vorrebbe essere introduttivo, l'ingaggio per esplorare quali sono i concetti comuni  e quali sono i vocaboli che usiamo in entrambi gli ambiti.

Materiali:

mini-pannello fotovoltaico, cavi, ventilatore 

vs

elodea, becher, imbuto, provetta

D:Cosa ci trovate di simile e cosa di diverso?

R:Sono entrambi trasformatori…da luce a movimento (l’elettricità per qualcuno non c’era) e da luce ad ossigeno

Forse la trasformazione è ancora una metafora troppo forte

R:Il pennello reagisce subito la pianta in ritardo.

R:Qual'è la loro efficienza?

Efficienze

Questo concetto più di quello di energia mi sembra ricco dal punto di vista delle interpretazioni e allo stesso tempo solido dal punto di vista delle immagini che produce e vorrei fosse il tema portante dell’attività.

Mettiamo ancora una volta a confronto due esperienze:

misuriamo quanta CO2 produciamo in più dopo uno sforzo intenso

vs

misuriamo quanta elettricità produce la caduta dell’acqua della nostra centrale idroelettrica.

Per la misurazione della CO2 ci affidiamo ad un indicatore di acidità (BBT Blu di BromoTimolo).

A riposo gonfiamo un palloncino, per misurare la quantità d’aria che stiamo valutando, e lasciamolo sgonfiarsi in un becher in cui è stata messa acqua del rubinetto e BBT in una proporzione 500ml/0,75ml.

Ripetiamo l’operazione in un secondo becher, con BBT e acqua nella stessa proporzione, dopo aver fatto 2 minuti di step.

Il BBT appare blu con un pH > 7.6, vira verso il verde con un 6 < pH < 7.6,  verso il giallo con un pH < 6.

Quanto più CO2 avremo prodotto a parità di sforzo tanto meno efficiente si rivelerà il nostro "motore".

Per misurare l'elettricità prodotta dalla centrale idroelettrica, utilizzo un "energimetro" (https://mindsetsonline.co.uk/shop/making-energy-real-using-the-sep-energymeter/) in parallelo con la centrale ed un carico, questa confrontata con l’energia di caduta, misurata nello stesso intervallo di tempo, ci da a sua volta una misura dell’efficienza della nostra centrale (mgh= 9 kg * g * 1.3 m = 114,66 J).

efficienza = 2.02/114.66 = 1.8%

La domanda che avrei posto anche in questo caso, ma che non ho avuto il tempo di fare sarebbe stata:

D:Quali analogie e quali differenze troviamo tra questi due processi?

Questioni di evoluzione

Il terzo confronto vorrebbe essere tra:

come far andare una macchinina spinta dall’aria di un palloncino più lontano possibile

vs

come gli esseri viventi si sono evoluti 

Questi alcuni risultati:

Riguardo all'evoluzione degli esseri viventi la riflessione che ho riportato è stata rispetto alla recente conferma della legge di Kleiber secondo la quale il metabolismo degli esseri viventi segue sempre la seguente relazione L=M^(3/4), dove L è la velocità con cui l'energia viene "bruciata" e M la massa dell'essere vivente.

Quello che avrei voluto osservare è se anche le automobiline costruite allo scopo di essere quanto più efficienti possibile rivelassero una "regola" analoga alla legge di Kleiber. Ma anche in questo caso non siamo riusciti a produrre una vera e propria evoluzione delle  nostre creature per mancanza di tempo.

Commentate pure qui sotto per qualunque considerazione o suggerimento!!

Grazie!

Sitografia

https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Zoo_p013/human-biology-health/exercise-changes-in-carbon-dioxide-output#procedure

https://feastportal.wordpress.com/results/feast-hus-working-with-parents/

https://www.professionistiscuola.it/didattica/didattica-scienze/1145-laboratorio-di-scienze-la-respirazione-cellulare-e-la-fotosintesi.html

http://www.pnas.org/content/111/29/10620.full

https://oggiscienza.it/2014/02/25/la-matematica-e-la-forma-degli-esseri-viventi/

http://www.nationalgeographic.it/scienza/2014/02/19/news/legge_di_kleiber_una_sola_formula_alla_base_dell_evoluzione_di_piante_e_animali-2018576/

http://www.lescienze.it/news/2014/02/21/news/forma_animali_piante_efficienza_energetica_kleiber-2020898/

https://www.galileonet.it/2014/02/una-legge-che-spiega-la-forma-di-piante-e-animali/