Il torchio idraulico è un dispositivo che sfrutta il principio di Pascal per amplificare la forza. Si tratta di un sistema costituito da due pistoni o superfici a contatto con un fluido all'interno di un cilindro. Ogni cilindro ha una superficie di appoggio diversa.
Secondo la legge di Pascal, la pressione esercitata su un punto di un liquido si trasmette inalterata in ogni altro punto del liquido stesso. Applicando una forza alla superficie S1, la pressione si trasmetterà anche alla superficie S2, che subirà una forza F2.
Un sollevatore idraulico (o cric idraulico) è costituito da due pistoni, uno con area di appoggio pari a 10 cm2 e l'altro con superficie maggiore. In un sollevatore (o torchio) idraulico, la superficie del pistone più piccolo è ⅒ di quella del pistone più grande.
Realizzare un Torchio Idraulico con Materiali Poveri
Sul tema del torchio idraulico, che è semplice solo a prima vista, è possibile realizzare l'esperimento con materiali poveri servendosi di due siringhe collegate da un tubicino.
Il Principio di Pascal in Azione
Sul principio di Pascal si basa il torchio idraulico, un argomento che ingenera talvolta un po' di confusione (usato nell'elevatore, nei freni).
Due rappresentazioni del torchio idraulico per sollevare automobili. Lo schema in alto - presente in diversi testi - lascia molti punti interrogativi: l'auto viene sollevata di un paio di metri, e quindi la corsa del pistone di sinistra quanto deve essere lunga? Funziona veramente così?
Le Siringhe come Strumento Didattico
Questo articolo accompagna il video “Siringhe e Legge di Boyle”. Robert Boyle infatti confermò la legge che porta il suo nome con una pompa, macchina pneumatica, che somiglia molto alle siringhe e alle pompe da bicicletta di oggigiorno.
E dunque le case, le cantine e i garage possono diventare luoghi di osservazione, piccoli laboratori dove si impara, e le siringhe e le pompe da bicicletta possono fare il loro ingresso anche nelle aule scolastiche.
Con le siringhe è possibile ricostruire anche l'esperimento degli “emisferi di Magdeburgo”, un classico della storia e della didattica della scienza. L'esperimento degli emisferi di Magdeburgo (con siringhe) faceva parte del bellissimo science show intitolato “Pressure” che Yoji Takikawa tenne a Tokyo in occasione della Conferenza Internazionale sull'Educazione in Fisica (ICPE) nel 2006. Takikawa è il leader del Galileo Kobo, un gruppo di insegnanti di discipline scientifiche che si scambiano esperimenti con materiali semplici, pubblicano libri, e sono molto radicati nella scuola giapponese.
Usando una siringa come pompa da vuoto è possibile effettuare esperimenti come “il tubo di Newton”, o illustrare e misurare la legge di Boyle. La siringa si presta molto bene, come già mostrato, anche per l'illustrazione dei concetti.
Le Siringhe nella Storia della Scienza
Tra gli esponenti della scuola di Galileo, alcuni si dedicarono in particolare al filone di studi sull'aria. In quegli esperimenti si servì anche di siringhe, al tempo chiamate “schizzatoi”, insieme a fiaschi, tubicini e altro materiale di uso comune. Effettuò anche un esperimento di pesata molto semplice, comprimendo quanta più aria possibile in un fiasco.
Un esempio particolarmente suggestivo è fornito da Humphry Davy, e ne abbiamo già parlato in un articolo di Spazzascienza (link). Quando il futuro grande chimico era un ragazzo in Cornovaglia, aiutò i naufraghi di un vascello, e il medico di bordo per ringraziarlo gli regalò un bauletto con alcuni suoi strumenti, scampati al naufragio.
Le siringhe in plastica si rivelarono poi utilissime per l'insegnamento della chimica. Nel 1992, all'età di novant'anni, il grande insegnante di chimica Hubert N. Alyea pubblicò un metodo ingegnoso per la generazione sicura dei gas, incluso i gas nocivi, per l'uso in classe. Il metodo utilizzava le siringhe di plastica e formò la base della “Chimica dei Gas in Microscala” del suo degno successore Bruce Mattson. La chiusura Luerlock permetteva di agitare le siringhe e conservare con sicurezza i gas, anche senza cappa.
Le siringhe, di plastica e di vetro, hanno molti usi anche nell'insegnamento della termodinamica, come si mostra nel video “Esperimenti a vapore” (link).
Il Funzionamento del Torchio Idraulico Spiegato da un Filosofo
All'esposizione della teoria sul “peso dell'aria” un altro studioso galileiano, Michelangelo Ricci, scrive una lettera con alcune obiezioni a Torricelli. Fu una volta un filosofo, che vedendo la cannella messa alla botte, da un servitore, lo bravò con dire, che il vino non sarebbe mai venuto, perché natura de' gravi è di premere in giù, e non orizontalmente, e dalle bande; ma il servitore fece toccarli con mano, che sebbene i liquidi gravitano per natura in giù, in ogni modo spingono, e schizzano per tutti i versi, anco all'in su, purche trovino luoghi dove andare, cioè luoghi tali, che resistano con forza minore della forza di essi liquidi. Infonda VS. un boccale tutto nell'acqua, colla bocca all'in giù, poi li buchi il fondo, sicche l'aria possa uscire, vedrà con che impeto l'acqua si muova di sotto all'in su per riemperlo. VS. Si tratta di una siringa il cui cilindro termina con una sfera piena di forellini un po' dappertutto, e spruzza in modo uniforme in tutto lo spazio quando viene premuto lo stantuffo.
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