La bilancia a triplo braccio è uno degli strumenti più antichi ancora in uso quotidiano nei laboratori ed è uno dei più affidabili: confronta la massa sconosciuta sul piatto con masse campione scorrevoli su tre bracci graduati, utilizzando nient'altro che il principio della leva. Poiché confronta le masse anziché misurare una forza, la sua lettura non dipende dall'intensità della gravità e non richiede batterie né curve di calibrazione, ma solo un piatto pulito e un indice correttamente azzerato. La pesatura è in assoluto l'operazione più comune nella scienza sperimentale e quasi ogni laboratorio quantitativo di questo catalogo inizia con essa. In questo tutorial imparerete la procedura completa di pesatura su una bilancia a triplo braccio: l'azzeramento e la calibrazione dello strumento, la pesatura di un solido in pezzi interi (nastri di magnesio) e di un solido in polvere (ossido di magnesio), e l'ottenimento della massa di ciascuna sostanza per sottrazione, pesando prima la barchetta vuota in modo che la massa del contenitore venga eliminata dal risultato.
Obiettivi Educativi
Funzionamento della bilancia a tre bracci
- Azzerare e calibrare la bilancia prima dell'uso e azionare i tre cursori nell'ordine corretto — prima l'asta più grande, poi quella più piccola — per portare l'indice sullo zero.
- Leggi la massa come la somma delle tre posizioni della trave.
Tecnica di pesatura
- Pesare i solidi in pezzi interi e in polvere usando una barchetta di pesata, maneggiando i campioni con pinzette e una spatola anziché con le dita.
- Ricavare la massa di una sostanza per sottrazione: (barchetta + sostanza) − (barchetta vuota), in modo che la massa del contenitore si annulli nel risultato.
Comprendere la precisione
- Riconoscere perché una massa misurata con precisione e riproducibilità è la fondazione di ogni risultato quantitativo basato su di essa.
Abitudini di laboratorio
- Lascia la stazione pronta per il prossimo utente: campioni smaltiti nel cestino dei rifiuti, barca restituita e tutti i contatori azzerati.
Protocollo
Principi fondamentali
1. Prima di pesare, verificate che tutti i cursori della bilancia siano a zero e che il piatto sia pulito.
2. Verificate che l'indice nero a destra della bilancia sia sulla tacca dello zero (la piccola linea orizzontale nera). Se non lo è, calibrate la bilancia con la piccola vite di regolazione a sinistra, sotto il piatto.
3. Ponete l'oggetto da pesare sul piatto della bilancia.
4. Spostate il cursore del braccio maggiore (con le piccole frecce rosse) in avanti finché l'indice nero scende sotto la tacca dello zero, poi riportatelo indietro di una tacca perché l'indice risalga sopra lo zero. Ripetete con il braccio intermedio, quindi fate scorrere il cursore del braccio più piccolo finché l'indice è perfettamente allineato con la tacca dello zero.
5. Sommate le masse indicate sui tre bracci per ottenere la massa dell'oggetto.
Misura la massa di un solido intero
1. Regolare il livello di bilanciamento utilizzando la vite di regolazione.
2. Pesate la navicella vuota sulla bilancia.
3. Con le pinzette, mettete tutti i nastri di magnesio nella navicella posata sul piatto.
4. Pesate la navicella e i nastri.
5. Calcolate la massa della sostanza così: (massa della navicella e dei nastri) - (massa della navicella vuota).
6. Gettate i nastri di magnesio nel cestino nero e riponete la navicella vuota sul banco.
Misurare la massa di un solido in polvere
1. Prelevate 5 mL di polvere di ossido di magnesio con la spatola grande e mettetela nella navicella.
2. Pesate la navicella e la polvere di ossido di magnesio.
3. Calcolate la massa della sostanza così: (massa della navicella e della polvere) - (massa della navicella vuota).
4. Gettate la polvere di ossido di magnesio nel cestino nero e riponete la navicella vuota sul banco.
5. Riportate tutti i cursori della bilancia a zero.
Risultati Previsti
Questo tutorial ha lo scopo di illustrare alcune competenze piuttosto che verificare un’ipotesi: al termine dello stesso, lo studente sarà in grado di azzerare una bilancia, utilizzare i pesi nell’ordine corretto ed effettuare la pesatura per sottrazione in modo che la massa del contenitore si annulli. I due esercizi prevedono valori di lettura ben definiti. Le sostanze sono Mg(s) in nastri e MgO(s) in polvere. Un nastro di magnesio pesa 0,55 g e nel contenitore ce ne sono cinque; pertanto, il peso totale dovrebbe ammontare a 2,75 g dopo aver sottratto la massa del recipiente vuoto. L’ossido di magnesio in polvere ha una densità dichiarata di 3,58 g/mL, quindi la porzione da 5 mL prelevata con la spatola grande dovrebbe pesare 17,9 g secondo lo stesso calcolo per sottrazione. Ottenere questi due valori e riuscire a spiegare perché la massa della barchetta non compare in nessuno dei due è lo scopo principale dell’esercizio.
Riepilogo del compito per intervallo di voti
Classe 9-10
Obiettivo: tecnica corretta. Gli studenti azzerano e calibrano la bilancia, pesano i nastri e la polvere seguendo il protocollo e ottengono entrambe le masse tramite sottrazione. Il successo è di natura procedurale: gli studenti hanno seguito la procedura nell’ordine corretto, l’indicatore si è stabilizzato sullo zero, la lettura è stata registrata come somma dei tre bracci e la postazione è stata lasciata pulita, con gli studenti che hanno riportato la bilancia a zero.
Undicesimo anno
Focus: lettura e registrazione con precisione. Gli studenti registrano ogni massa fino alla gradazione più fine supportata dal braccio più piccolo, portano il corretto numero di cifre significative attraverso la sottrazione e verificano il risultato del nastro rispetto al valore dichiarato di 0,55 g per nastro. Sanno spiegare perché il metodo di sottrazione richiede due letture.
12ª classe / Livello universitario
Focus: lo strumento in sé. Gli studenti spiegano perché una bilancia a bracci misura la massa anziché il peso — entrambi i lati del confronto risentono della stessa gravità, quindi g si semplifica — e perché la sua lettura sarebbe identica sulla Luna, a differenza di quella di una bilancia a molla. Argomentano inoltre perché la pesata per tara sia la prassi standard per qualsiasi cosa non possa essere collocata direttamente sul piatto.
Materiale essenziale di laboratorio
Strumenti
- Bilancia a tre bracci
- Navicella di pesata
- Spatola grande
- Pinzette
- Cestino dei rifiuti
Prodotti
- Magnesio (nastro)
- Ossido di magnesio (polvere)