I TUBI STANNO PIENI
Note storiche 

L'uomo è pervenuto alla conoscenza  attuale riguardo al fenomeno pressione dei fluidi elaborando varie teorie. Nella teoria aristotelica il vuoto non esiste, l'horror vacui è un cardine della fisica aristotelica e la polemica fra i sostenitori del "pienismo" e del "vacuismo" giunse fino al Rinascimento scientifico, periodo nel quale la disputa si acuì. La difficoltà di far salire l'acqua oltre le 18 braccia fece discutere molto i fisici, finché l'esperimento di Torricelli ne spiegò il motivo e fece cadere la teoria dell'horror vacui. Anche gli allievi sono portati a ripercorrere le stesse tappe attraverso una serie di esperienze che nascono dalla discussione sui fenomeni osservati.

Problema

Confermare o mettere in crisi l'ipotesi "Se un fluido non entra l'altro non esce."

 

Ipotesi

Se le cose stanno così allora i tubi di vetro di varie altezze dovrebbero sempre rimanere pieni del liquido  che contengono.

Materiale

Tubi di vetro di varie altezze da 500 mm a 1000 mm, liquidi di vario tipo come acqua con blu di metilene, caffè d'orzo, alcol, olio, mercurio, siringa con tubo di gomma collegata con i tubi in vetro.

Procedimento

  1. Riempire usando le siringhe collegate con tubi di raccordo ai tubi di vetro  (come si vede nelle foto) con liquidi vari e immergerli nei beaker che contengono lo stesso liquido, mantenendoli chiusi in alto. 

  2. Poi immergerli nei beaker con liquidi diversi da quello con cui sono riempiti.

  3. Variare l'altezza dei tubi di vetro passando da 500 mm a 1000 mm e ripetere le esperienze.

 

Utilizzare delle alzate di metallo e delle pinze di alluminio o morsetti per sostenerli in posizione verticale, avendo cura di avvolgerli in piccoli manicotti di plastica o di gomma espansa per proteggerli da rotture nella posizione in cui sono sostenuti

Osservazioni

I tubi rimangono pieni immersi nei loro liquidi.

Il liquido nei tubi in alcuni casi scende e viene sostituito da quello contenuto nel beaker. Questo è successo con il caffè d'orzo contenuto nel tubo di vetro che è stato sostituito dall'alcol contenuto nel piccolo beaker in cui era immerso il tubo di vetro e con il miscuglio acqua e blu di metilene che è stato sostituito dall'alcol (come si vede nella foto a fianco). Con il mercurio abbiamo avuto difficoltà tecniche, ma abbiamo avuto modo di osservare che scendeva rapidamente nel beaker mentre l'alcol lo sostituiva.

Variando la lunghezza dei tubi e passando a 1000 mm con i liquidi acqua, alcol, olio, caffè d'orzo, acqua con blu di metilene i tubi sono rimasti pieni come in 1 e si sostituivano l'un l'altro come in 2.

Con  il mercurio abbiamo avuto difficoltà a riempire il tubo così   ci siamo messi ad utilizzare un tubo già predisposto alto 1000mm che è presente nel nostro laboratorio. In esso il mercurio si ferma a 760 mm circa e quando incliniamo tale tubo si riempie, per poi scendere a 760 mm non appena lo riportiamo in posizione verticale.

Conclusioni e discussione

Non possiamo affermare che l'ipotesi è confermata perché abbiamo avuto molte sorprese: l'inversione di posizione nei liquidi e quella che sembra l'eccezione del mercurio.
Come si spiega l'inversione di posizione dei liquidi? Nel laboratorio si trova un cilindro graduato che contiene mercurio, alcol denaturato, olio,  acqua e un piccolo strato di aria.. Se uno lo rimescola ponendo un tappo di gomma nell'apertura superiore del cilindro e lo lascia poi immobile nota che i liquidi si stratificano dal basso verso l'alto: mercurio, acqua, olio, alcol e aria.                      

Questo spiegherebbe perché nel nostro esperimento dei tubi i liquidi si invertono: quelli più pesanti scendono e vengono sostituiti da quelli più leggeri. (approfondiremo questo discorso sul peso specifico con misure di volume e peso). La prima interpretazione del fenomeno è che i recipienti non possono mai essere vuoti; il vuoto non può esistere. 
Ma il mercurio? Perché scende a 760 mm e non riempie il tubo? Qualcuno fa notare che è anche il più pesante, come si vede dall'esperimento del cilindro e aggiunge che allora il vuoto esiste, perché sopra al mercurio nel tubo lungo 1000 mm non ci può essere materia, in quanto quello spazio prima era pieno di mercurio, che scende da 1000 mm (tubo pieno) a 760 mm.
Allora qualche allievo propone l'esperienza seguente, che viene brevemente descritta.