Presentazione del lavoroLa trattazione del principio di Archimede ha suscitato negli alunni della terza classe, diverse curiosità. Perché un corpo galleggia sull’acqua? Come si calcola il volume della parte di un corpo immersa in acqua? Per quale motivo un corpo affonda in acqua? E perché resta sospeso? I ragazzi avevano già studiato il peso specifico dei corpi nella seconda classe, per cui non ci siamo dilungati troppo per rispondere a tutte queste domande. In primo luogo abbiamo sperimentato con la bilancia idrostatica il principio di Archimede, poi abbiamo svolto alcuni esperimenti sul galleggiamento in liquidi diversi e abbiamo calcolato i valori della spinta archimedea in svariati casi. Abbiamo, infine, svolto diversi esercizi di media e grande difficoltà, grazie a formule che abbiamo ricavato sperimentalmente, che non sempre sono riportate sui libri di testo. Utilizzare le regole riportate nel lavoro per noi è stata una grande conquista per l’esattezza dei calcoli ottenuti.

La bilancia idrostaticaE’ costituita da un giogo che sostiene da una parte un piattello e dall’altra due cilindri dei quali uno è cavo e l’altro è pieno. Il cilindro pieno è agganciato inferiormente a quello vuoto. La cavità di questo è pari al volume del cilindro pieno. I due cilindri si pesano inserendo nel piattello le masse tarate. Poi si posiziona sotto il cilindro pieno un contenitore colmo di acqua. A questo punto si osserva che il sistema non è più in equilibrio perché l’acqua ha spinto in su i due cilindri. Per riottenere l’equilibrio basterà versare fino all’orlo l’acqua nel cilindro vuoto.

Spiegazione dell’esperienza precedente

E’ chiaro che l’acqua ha impresso sul cilindro, in essa immerso, una spinta detta appunto di Archimede. Per riottenere l’equilibrio è stata versata una quantità di acqua pari alla capacità della cavità del cilindro superiore, il cui volume è uguale a quello del cilindro pieno immerso in acqua. Concludendo il valore della spinta di Archimede è pari al peso dell’acqua spostata dal cilindro pieno.In formule essa si calcola moltiplicando il peso specifico dell’acqua per il volume del corpo immerso

Il galleggiamento del sughero in acqua e nell’olio

Il sughero galleggia in entrambi i liquidi olio e acqua, perché questi hanno un peso specifico inferiore ad esso (peso specifico del sughero= 0,24). Si nota che la linea di affioramento (segnata sul sughero, foto in basso) è a diversa distanza nei due liquidi. Infatti nell’acqua il sughero riceve una spinta maggiore, perché il suo peso specifico è 1; inferiore è la spinta ricevuta dall’olio perché il suo peso specifico è 0,9. Per calcolare la parte immersa del volume di un corpo che galleggia in un liquido basta dividere il peso del corpo per il peso specifico del liquido. La spinta di Archimede si calcola moltiplicando il volume così calcolato per il peso specifico del liquido. L’intensità di questa forza archimedea è pari al peso del corpo, che galleggia.

Perché affondò il Titanic?Il Titanic si scontrò contro un iceberg. E’ noto che questo è una massa enorme di ghiaccio (peso specifico =, 0,9 ) che galleggia sull’acqua del mare ( peso specifico = 1,33) . Ciò equivale a dire che l’iceberg è coperto dall’acqua per i suoi nove decimi di volume e cioè una sola parte del suo volume è fuori dall’acqua ,quindi poco visibile da lontano . Una volta i marinai non potevano vedere bene gli ostacoli incontrati nella navigazione. Oggi le navi sono dotate di apparecchiature sofisticate con le quali possono prevedere eventuali disastri, utilizzando ad esempio il sonar,ecc

L’equilibrio dei corpi nell’acquaCome si può osservare dalle foto i corpi galleggiando in acqua non sempre sono in perfetto equilibrio . Ciò succede quando il baricentro del corpo che galleggia non coincide con il centro di galleggiamento per cui si crea un momento tra la forza peso e la spinta archimedea che imprimono una rotazione al corpo (cubo di legno scuro).Il parallelepipedo bianco è invece in equilibrio. Nella prima vaschetta della foto, inoltre si possono notare nel fondo un sasso e un pezzo di ferro. I due corpi, avendo un peso specifico superiore all’acqua, ricevono una spinta archimedea inferiore al proprio peso e quindi non possono galleggiare, ma finiscono nel fondo della vaschetta.

Il peso dei corpi nei liquidi

IlpIl peso dei corpi immersi in un qualunque liquido diminuisce. Infatti al peso del corpo in aria bisogna sottrarre il valore della spinta di Archimede, ricevuta dal corpo quando è immerso nel liquido. Se il corpo affonda, il valore della spinta archimedea si calcola moltiplicando il volume per intero del corpo per il peso specifico del liquido in cui il corpo è immerso. Nel caso in cui il corpo galleggia il suo peso uguaglia la spinta archimedea, che si calcola moltiplicando solo ed esclusivamente il volume della parte immersa nel liquido per il peso specifico di quest’ultimo.

Il principio di Archimede nell’aria

Anche nell’aria vale questo principio. Infatti se proviamo a gonfiare un palloncino con un gas il cui peso specifico è inferiore a quello dell’aria, si osserverà che il palloncino lasciato libero sale verso l’alto. Con lo stesso principio si innalzano nell’aria le mongolfiere. Queste sono riempite di aria calda, o di idrogeno, o di elio .Gli inventori furono i fratelli Montgolfier. Oggi i palloni sono usati in campo sportivo, tanto che in occasione di raduni si sollevano in volo centinaia di variopinti aerostati, come tanti fiori naviganti tranquilli.