Un giorno, durante una conferenza ai bambini delle classi quinte della scuola elementare (cerchiamo di coinvolgerli da piccoli e far crescere in loro la passione per il mare), dopo aver parlato per circa un’ora di meteorologia (la maestra aveva appena spiegato “il ciclo dell’acqua”), ho incominciato a parlare dei vari tipi di nave che esistono, sia nel diporto, sia nella Marina mercantile che nella Marina militare).

Dopo aver fatto vedere la foto di una nave portacontainer, una bambina mi ha fatto una domanda precisa: “Maestro, ma perché una nave di ferro così grossa e pesante galleggia?”. Dopo aver superato il momento di panico generato dalla schiettezza della domanda e dall’emozione nell’essere chiamato “maestro”, ho immaginato un modo semplice per rispondere, in modo che potesse capirmi.

Domanda mia alla maestra: “Signora Maestra, i bambini sanno già cos’è la densità?”. Risposta della maestra (e coro dei bambini): “Si (siiiiiii…….)!”

Risposta: Prendiamo un dado di 100.000 tonnellate di acciaio (quante ne servono per costruire quella nave) – Buttiamolo in acqua – Ovviamente va a fondo – Riprendiamo il dado dal fondo del mare – Facciamo finta che l’acciaio sia modellabile come il “pongo” – Trasformiamo il dado in acciaio in uno molto più grande con tanta aria dentro – In questo modo il nuovo dado ha una densità (peso specifico) molto inferiore al primo perché il peso è lo stesso ma il suo volume è molto maggiore – Se riusciamo a fare un dado così grande (a metterci dentro così tanta aria) da raggiungere una densità (peso specifico) inferiore a quella dell’acqua, allora abbiamo ottenuto qualcosa che pesa ben 100.000 tonnellate, ma che galleggia, proprio come quella nave.

Passiamo alla spiegazione per la mia ciurma……

Un parallelepipedo è immerso in un liquido con peso specifico pari a 1,025 ton/m3. Le dimensioni di questo parallelepipedo sono: Lunghezza 7 m - Larghezza 2 m - Altezza 6 metri

Il parallelepipedo è immerso per 3 metri.La legge di Archimede dice che: “Un corpo immerso in un liquido riceve da esso una spinta dal basso verso

l’alto pari al peso del volume del liquido spostato”Il liquido occupava precedentemente il volume immerso del parallelepipedo che è pari a 7m x 2m x 3m = 42m3

Il peso del liquido spostato (che corrisponde al peso dell’intero parallelepipedo) è uguale al volume immerso per il peso specifico del liquido stesso. 42m3 x 1,025 ton/m3 = 43,05 ton

Il peso specifico del parallelepipedo corrisponde al suo peso diviso il suo volume totale (7 x 2 x 6 = 84m3)43,05 ton / 84m3 = 0,5125 ton/m3

Si può quindi affermare che un corpo stagno immerso in un liquido galleggia perché il suo peso specifico è inferiore a quello del liquido in cui è immerso

6 m 3 m

7 m

2 m liquido

paral

lelepip

edoparte emersa

parte immersa

Volume immerso = 42 m3

Esempio del sommergibile (i miei amici sommergibilisti perdoneranno qualche “grossolana” approssimazione, utile a rendere l’esempio più “didattico”).

Il sommergibile emerso è esattamente come una nave e quindi galleggia perché il suo peso specifico è minore di quello dell’acquaPer immergersi, il sommergibile fa entrare acqua in modo che il proprio peso specifico superi quello dell’acqua (le casse sono posizionate in basso in modo da mantenere sempre una posizione verticale, il sommergibile non si deve “rovesciare”). Si può definire un affondamento “controllato”Per fermare la discesa e rimanere ad una certa immersione il sommergibile fa uscire acqua fino a raggiungere esattamente lo stesso peso specifico dell’acqua.Ovviamente quando il sommergibile vuole di nuovo emergere, fa uscire acqua fino a che il suo peso specifico non ritorni inferiore a quello dell’acquaLa velocità di immersione o emersione (nei film si sente: “emersione rapida”) dipende dalla quantità di acqua immessa o fuoriuscita e quindi dalla differenza di peso specifico

Esempio del sommergibile (peso specifico dell’acqua = 1,025 ton/m3)1° fase: il sommergibile naviga in emersione. Peso specifico = 0,8 ton/m3

2° fase: il sommergibile si immerge in maniera “lenta”. Peso specifico = 1,1 ton/m3 (poca differenza con il p.s. dell’acqua)

3° fase: il sommergibile naviga in immersione. Peso specifico = 1,025 ton/m3

4° fase: il sommergibile riemerge più velocemen-te dell’immersione. Peso specifico = 0,9 ton/m3 (maggiore differenza con il p.s. dell’acqua)

5° fase: il sommergibile naviga in emersione. Peso specifico = 0,8 ton/m3.

Torniamo al parallelepipedo….Immaginiamo che sia una nave con prora e poppa e posizioniamo i tre assi cartesianiPosizioniamo un peso di 1 tonnellata superiormente in corrispondenza dell’asse verticale1) Il dislocamento aumenta a 44,05 ton2) Il parallelepipedo si immerge (i pescaggi di prora e poppa variano in modo uniforme)

liquido

X ASSE LONGITUDINALE

Z

A

SS

E

V

ER

TIC

ALE

Y A

SSE

TRASVERSALE

x

y

z

3m 3m

x

Situazione precedente all’imbarco7m · 2m · 3m · 1,025ton/m3 = 43,05tonSituazione successiva all’imbarco7m · 2m · (3+x) · 1,025ton/m3 = 44,05tonDa cui x = 0,0696m (il parallelepipedo si è immerso di 6,96cm)Si può arrivare allo stesso risultato facendo7m · 2m · (x) · 1,025ton/m3 = 1tonCalcoliamo adesso il peso che bisogna imbarcare per far immergere il parallelepipedo di 1 cm7m · 2m · 0,01m · 1,025ton/m3 = 0,1435ton = 143,5Kg