VERIFICA SPERIMENTALE DEL PRINCIPIO DI ARCHIMEDE

Se immergiamo un corpo solido in un fluido, per esempio in acqua, vediamo che il livello del liquido si innalza.

Più grande è il volume del corpo, maggiore è la quantità di acqua spostata. Il volume d’acqua spostato è uguale quindi al volume del corpo immerso, qualunque sia la sua forma.

Archimede (287 a.C. – 212 a.C.), matematico siracusano, trovò una relazione tra il peso del liquido spostato e la spinta che il corpo riceve verso l’alto. Questa relazione costituisce il principio di Archimede: “Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al peso del fluido spostato”.

Verifica del principio di Archimede. OBIETTIVI Poiché si affronta l’esperienza con l’intento di valutarne la validità, possiamo scrivere come titolo: Verifica del principio di Archimede. OBIETTIVI L’obiettivo principale consiste nel verificare se la spinta che un fluido esercita su un corpo in esso immerso coincide con il peso del fluido spostato, per lo meno entro i limiti sperimentali.

MATERIALI E STRUMENTI Asta di supporto Sferetta metallica provvista di gancio Dinamometro Cilindro graduato Acqua

FASE 1: DETERMINAZIONE DEL VOLUME DEL CORPO DA IMMERGERE ( sferetta metallica) Poiché il corpo ha forma regolare (sfera) ,ne misuriamo il diametro con il calibro quindi attraverso la formula V= π r ne determinano il volume V: d = 25,6 mm = 0,0256 m r = 0,0256 / 2 = 0,0128 m V = 8,78 x 10-6 m3 4 3 3

in aria: FASE 2: Misurazione della spinta idrostatica S. Misuriamo con il dinamometro il peso della sfera in aria: P1 = 0.65 N

Misuriamo, sempre con il dinamometro, il peso della sfera immersa in acqua. P2 = 0.57 N

A causa della spinta idrostatica ricevuta , il peso della sfera è “apparentemente” diminuito. Infatti P2 < P1 La differenza fra le due letture è il valore delle spinta idrostatica: S = P1 - P2 = 0,65 N – 0,57 N = 0,080 N

SA = ps (liquido) x V (liquido spostato)= = ps (liquido) x V (sfera) FASE 3: VERIFICA Verifichiamo adesso che il valore di S coincide, per il principio di Archimede, con il peso del liquido spostato . SA = ps (liquido) x V (liquido spostato)= = ps (liquido) x V (sfera) SA = ps (acqua) x V (sfera) = = 9810 x 8,78 x 10-6 = Tale valore coincide, entro i limiti sperimentali, con il valore di S. 0,086 N

Tale verifica può essere effettuata anche con la BILANCIA IDROSTATICA come dimostra la seguente sequenza fotografica.

LA BILANCIA, VUOTA, E’ IN EQUILIBRIO

AD UN PIATTO IL CILINDRO AGGANCIAMO AD UN PIATTO IL CILINDRO NERO DA IMMERGERE

RIEMPIAMO DI ACQUA IL CILINDRO DI UGUALE VOLUME

LA BILANCIA E’ DI NUOVO IN EQUILIBRIO

CORPI CHE AFFONDANO E CORPI CHE GALLEGGIANO Da quanto abbiamo visto, ogni corpo immerso in un fluido, nel nostro caso in acqua, è sottoposto a due forze, entrambe applicate nel baricentro, con direzione verticale, ma di verso opposto: il peso P e la spinta idrostatica S. Il peso del corpo è dato da: P= ps (corpo) x V (corpo) La spinta idrostatica è data: S= ps (liquido) x V (corpo) Se il peso del corpo è maggiore della spinta il corpo affonda, altrimenti esso si sposta verso l’alto.

Il peso P è maggiore della spinta S quando il peso specifico del corpo è maggiore del peso specifico del liquido. Viceversa, P è minore di S quando il peso specifico del corpo è minore di quello del liquido . In questo caso il corpo viene spinto verso l’alto finchè emerge. Quando esso è parzialmente fuori dal liquido, il volume della parte immersa diminuisce e quindi diminuisce la spinta di Archimede.

Il corpo continua ad emergere, finché si raggiunge l’equilibrio, cioè finché la spinta uguaglia il peso. A questo punto diciamo che galleggia

SOMMERGIBILE Il sommergibile si può muovere ad una profondità costante, scendere sul fondo o risalire in superficie. Esso può essere schematizzato con un doppio scafo d’acciaio, affusolato alle estremità. Nell’intercapedine tra i due scafi ci sono tanti comparti a tenuta stagna contenenti aria, che però possono essere riempiti con acqua di mare. Agendo sul numero dei comparti pieni di aria o di acqua è possibile modificare il peso specifico medio del sommergibile in modo che esso galleggi, affondi o resti in equilibrio. Infatti, riempiendo i comparti di acqua, il peso specifico aumenta e il sommergibile scende sott’acqua. Viceversa, per risalire in superficie l’acqua viene espulsa con un sistema di pompe e i comparti vengono riempiti d’aria , finché il sommergibile emerge.

NAVE La nave, pur avendo uno scafo di metallo non affonda, perché è un corpo cavo. Il volume di una nave è tale che il peso specifico medio della parte immersa è minore di quello dell’acqua e perciò riceve una spinta verso l’alto che le consente di galleggiare.

Per galleggiare, il peso della nave deve essere in ogni momento uguale alla spinta di Archimede ( cioè uguale al peso dell’acqua che sposta la parte immersa della nave).

CON LA COLLABORAZIONE DEGLI ALUNNI: Salvatore MONETTI Stefano LEROSE Alfonso DE LORENZO Andrea NARDI Candido MORIMANNO Alioscia CIARDULLO Giovanni ONOFRIO Piergiacomo CHIARELLI Andrea TOTO Marco TOTO Marco CIPOLLA Rodolfo PALUMBO Alessio PALERMO Dominik CATALANO Angelo BROGNO Gerardo GARDI Emilio ELIA Domenico FERRARO Mattia ABBRUZZINO Mario DE LUCA E DEI DOCENTI: Anna Maria CARACCIOLO Eugenio GERVASI Francesca LUCENTE