Suoni nell'acqua: trovato l'errore!

"abbiamo fatto luce sul suono!" e quindi svelato il mistero che ammantava quello che pareva essere un semplice esperimento sulla propagazione dei suoni nell'acqua.
Un breve riassunto lo trovate
Qui: primo esperimento sulla propagazione dei suoni in acqua con trasduttori piezoelettrici
qui: iniziano i lavori di costruzione dei kit per il laboratorio
qui: la scoperta dell'errore, nei commenti si trova anche la descrizione del resto delle prove che abbiamo effettuato, ovvero mettere tutti i cavi in ammollo nello stesso contenitore pieno d'acqua.

Insomma, cosa succede? La propagazione del suono non c'entra niente, c'entra invece la propagazione del segnale elettrico. Pensavamo fosse impossibile avendo messo tutti i fili "in corto" nell'acqua, ma ci sbagliavamo! Infatti nessuno dei fili è proprio in corto, l'acqua offre una certa resistenza elettrica ( Per avere un'idea un centimetro "lineare" di acqua del museo ha una resistenza di circa 60 ohm) e non si comporta quindi come un perfetto conduttore! Riporto lo schema semplificato dell'esperimento che abbiamo svolto qui accanto.

Il primo dei tre circuiti rappresenta il nostro sistema composto da un lettore musicale (a sinistra) i cui cavi di uscita privati dell'altoparlante sono stati messi in acqua insieme ad i cavi di ingresso di un amplificatore per chitarra elettrica (sulla destra).
Quel groviglio di resistenze al centro rappresenta la resistenza che offre l'acqua al passaggio di corrente elettrica tra tutti e quattro i fili immersi. Gli altri due circuiti subito sotto rappresentano, insieme, un'ulteriore semplificazione del primo circuito. (Ecco in verità bisogna fare la differenza tra i due circuiti dato che se provaste a seguire l'andamento della corrente col dito vi rendereste conto da soli che è di verso opposto in uscita Vo ) Ma anche senza perdersi in difficili calcoli è  evidente come l'equazione in fondo sia ben diversa da "zero", ovvero la tensione in uscita Vo totale dipende dalla tensione in ingresso Vi in relazione a tutte le resistenze del circuito, che in questo caso variano al variare della distanza dei cavi immersi in acqua.
Non è chiaro qualcosa? Non torna qualche conto? Aggiungete tutti i commenti qui sotto!

La meraviglia per una idea potente

Fabrizio mi aveva indicato questa meravigliosa realizzazione ma l'avevo persa. Ora l'ho ritrovata e sono ancora una volta stupefatto dalla potenza di una idea semplice.

A Liter of Light http://youtu.be/o-Fpsw_yYPg 

L'idea e la realizzazione sono di Alfredo Moser, un abitante di Uberada, una piccola cittadina brasiliana. Questa lampada si è diffusa in molte nazioni diverse, non solo dell'America Latina, p.es. nelle Filippine: la sua storia è in Solar Bottle Bulb, bottiglie di plastica per illuminare casa e in Alfredo Moser: Bottle light inventor proud to be poor. Le istruzioni dettagliate per costruirla sono in Istructables How to build a SOLAR BOTTLE BULB.

Suoni nell'acqua: una grossa correzione

Prima del periodo di ferie avevamo provato a usare un microfono piezoelettrico immerso nell'acqua. A un certo punto abbiamo immerso anche un piccolo altoparlante con risultati fantastici: http://lavorincorso-museoscienza.blogspot.it/2013/08/prove-propagazione-suono-nellacqua.html.
Ora abbiamo ripreso le prove e abbiamo sostituito l'altoparlante (tipo cuffia ad archetto) con una capsula piezoelettrica. L'effetto c'è, il microfono immerso ci fa sentire bene il suono inviato al piezo-altoparlante. Abbiamo provato a sostituire l'acqua con lo shampoo e va ancora meglio. Tutti contenti.

Poi ci siamo accorti che stavamo sbagliando, e parecchio. In effetti abbiamo capito che il segnale elettrico che arriva all'altoparlante viaggia nel liquido e arriva ai contatti del microfono piezo, anche se abbiamo coperto di colla a caldo una delle sue facce, isolandola elettricamente. Insomma, sembra proprio che quello che sentiamo non sia dovuto alla propagazione del suono nell'acqua ma alla propagazione del segnale elettrico. Non capiamo bene come funzioni, e fondamentalmente non capiamo in dettaglio la situazione elettrica sulle due facce della capsula piezoelettrica. Bisogna studiarci un po'.

Percorso sul suono, laboratorio materiali, i lavori procedono!

Cosa stiamo combinando?

Stiamo preparando il materiale per il nuovo percorso sul suono all'interno del Laboratorio di Materiali.

Sul banco da lavoro si trovano degli amplificatori di vario genere, dei microfoni tradizionali, dei microfoni "un po' speciali" e dei piccoli altoparlanti.

Molto spesso questi oggetti di tipo comune come questi vengono da noi presi e modificati/aperti/rotti/aggiustati/incollati/saldati/pegati/etc per questioni di necessità -ad esempio l'oggetto che ci serve non è stato ancora inventato- oppure come in questo caso semplicemente per aumentarne la robustezza e quindi permettere ai visitatori di farne l'uso più inappropriato possibile "...come suona un microfono se ci salgo sopra con la sedia?!?" ecco.

Qualcuno dei test già eseguiti lo trovate QUI!

La sorprendente traiettoria di una catena in caduta libera

Nel suo The Flying Circus of Physics il grande Jearl Walker indica il seguente fenomeno:

self siphoning beads http://youtu.be/_dQJBBklpQQ 

Il video è comparso nel post Self siphoning beads del blog di Steve Mould, dove si trova un altro video in cui la caduta della catena è ripresa ad alta velocità.
Jearl Walker non propone una spiegazione di quel che succede. Una grande discussione si trova in reddit http://www.reddit.com/r/videos/comments/1guqvk/self_siphoning_beads/, ma devo leggerla con più attenzione di quanto mi consenta il caldo di questi giorni.

Un'altra sorpresa della caduta libera di una catena è che avviene con accelerazione maggiore di g!

Chain Drop Answer 2 http://youtu.be/X-QFAB0gEtE 

E che la caduta libera sia un po' meno banale di quanto siamo portati a immaginare lo vediamo con la caduta di una slinky

Slinky Drop Answer http://youtu.be/eCMmmEEyOO0 

in Slinky Drop Extended la caduta inizia con la slinky più allungata

Prove propagazione suono nell'acqua

Stiamo preparando un nuovo percorso sul suono per il laboratorio di materiali: cosa succede quando i suoni incontrano appunto diversi materiali?

Abbiamo cominciato la sperimentazione effettuando delle prove con dei piccoli diffusori acustici - altoparlanti tipo cuffie ad archetto - e dei microfoni piezoelettrici immersi in un contenitore pieno di acqua.

 

Con grande stupore ci siamo resi conto di quanto i collegamenti elettrici non risentano per niente della presenza dell'acqua (poi, per scrupolo di sicurezza, abbiamo isolato e sigillato i contatti elettrici con la colla a caldo) e di quanto bene funzioni il microfono piezoelettrico in immersione: si comporta come un perfetto idrofono. (successivamente ci siamo accorti di un grosso errore, vedi http://lavorincorso-museoscienza.blogspot.it/2013/09/suoni-nellacqua-una-grossa-correzione.html)

Microfono piezoelettrico

Piezoelettrico lato collegamenti

Altoparlante recuperato da una cuffia

Tutto a bagno!!

E questa è solo una delle prove, un'altra la trovate qui!

Quiz sul galleggiamento: dalle misconoscenze alla sperimentazione.

A giugno si  è svolto l'ultimo workshop del Progetto FEAST, un progetto europeo che mira a creare e testare dei laboratori in cui i genitori sono incoraggiati a diventare loro stessi educatori scientifici dei propri figli.

Gli workshop hanno riguardato temi di: robotica (gare di robot), movimento (costruzione di veicoli), astronomia (attività per l'organizzazione di una missione spaziale), suono (esperimenti sul suono e costruzione di cose che lo emettono), ciascuno sviluppato da un diverso museo scientifico europeo.

Il Science center NEMO di Amsterdam ha invece sviluppato un laboratorio sul galleggiamento.

Lo abbiamo testato appunto a giugno, con 12 coppie di genitori e ragazzini dai 7 ai 10 anni.

Vorremmo condividere con voi alcune riflessioni sulla tipologia di ingaggio e sulle dinamiche di questo laboratorio. Pensiamo che potrebbero essere utili a chi vuole svolgere altre attività sul galleggiamento.


Ingaggio:
A differenza che nella maggior parte dei nostri laboratori, l'ingaggio non era un'attività o un fenomeno, ma un Quiz scientifico.
L'animatore invitava i bambini e i genitori a rispondere (separatamente!) a 10 quesiti.
Ogni quesito presentava una situazione di partenza (ad es. un cubetto che - per definizione - galleggia) e una domanda su come si sarebbe comportato un altro oggetto (ad.es un parallelepipedo grande il doppio del cubetto di partenza).

L'obiettivo non era quello di valutare le conoscenze in ambito scientifico, ma piuttosto quello di mostrare che alcune situazioni apparentemente banali possono far sorgere dubbi e misconosenze che poi sono preziose nell'indagine scientifica.
Anche per molti scienziati partire dai propri dubbi ed errori è un modo interessante per iniziare una ricerca!
Il fatto di partire da un ragionamento e poi testarlo nella pratica - pianificando una propria indagine personale -  mette in evidenza alcuni meccanismi del metodo scientifico.

Provate anche voi a rispondere a queste domande (testando solo in seguito le vostre risposte):

Dinamiche di coppia genitore/bambino vs dinamiche di gruppo:

Questo tipo di laboratorio funziona molto bene quando si ha un rapporto stretto tra genitori e ragazzini.
Il genitore infatti trova un suo ruolo molto specifico, aiutando il ragazzino a strutturare l'indagine, a formulare ipotesi, a selezionare i dati che emergono dalle osservazioni.
Abbiamo testato questa modalità anche con un animatore e un gruppo di 20 ragazzini, ma la situazione che si crea è molto diversa. I ragazzini tendono a partire da un "pasticciamento" piuttosto che da un'ipotesi astratta.
In questa situazione è decisamente meglio partire da un'attività pratica o da un fenomeno sorprendente.
Consigliamo dunque un'attività di questo tipo solo per gruppo con ragazzini dagli 11 anni in su.