Appunti di fisica: il principio di Archimede

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Difficoltà: facile
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Introduzione

Il famoso principio di Archimede è così detto in onore del fisico e matematico greco Archimede di Siracusa (III secolo a. C.), che lo enunciò nel suo scritto "Sui corpi galleggianti". Secondo tale principio un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verticale dal basso verso l'alto uguale al peso del volume del fluido spostato. Tale principio, inerente la Fisica, è applicabile a due elementi presenti in natura: liquidi e gas. Grazie a questi appunti di fisica analizzeremo più nel dettaglio il principio di Archimede.

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Occorrente

  • bilancia a due bracci
  • acqua
  • sasso
  • recipienti
  • campana pneumatica
  • gas
  • pompa per sottovuoto
  • oggetti di eguale massa/volume
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Il principio di Archimede

Prendete appunti! Prima di tutto analizziamo il principio di Archimede dal lato dei liquidi. Un corpo immerso in un liquido riceve una spinta verso l'alto pari ed uguale al peso del liquido spostato. Questa forza prende il nome di spinta idrostatica. Per capire meglio tale principio di fisica, considera di effettuare questo semplice esperimento. Immergi un corpo pesante, tipo un sasso, in una vasca colma d'acqua e raccogli in un recipiente l'acqua che trabocca. Il volume di quest'acqua sarà evidentemente uguale al volume del sasso. Appendi ora il sasso a uno dei piatti di una bilancia e poni sullo stesso piatto un recipiente vuoto. Equilibra la bilancia disponendo nell'altro piatto un numero opportuno di pesi. Immergendo in acqua il sasso, constaterai che la bilancia non è più in equilibrio: il sasso è diventato apparentemente più leggero.

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Il sasso

Il principio di Archimede spiega questo fenomeno postulando che il sasso ha conservato sicuramente la sua massa e il suo peso. Perciò, il sasso non diventa più leggero bensì riceve una spinta verso l'alto dall'acqua. Per calcolare il valore di questa spinta, versa l'acqua raccolta prima nel recipiente posto sul piatto della bilancia. La bilancia tornerà in equilibrio. Ciò significa che la spinta verso l'alto ricevuta dal sasso è pari al peso di un volume di acqua uguale a quello del sasso. Potrai ripetere l'esperimento infinite volte e otterrai sempre lo stesso risultato. Anche sostituendo all'acqua altri liquidi.

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I gas

Il principio di Archimede si applica analogamente ai gas. Questo principio della fisica dice che un corpo immerso in un gas riceve una spinta verso l'alto pari al peso del gas spostato. Niente di più facile da verificare. Pensa di pesare su una bilancia a due bracci due oggetti di uguale massa ma di densità/volume diversi. La bilancia non rimarrà in equilibrio, ma penderà dalla parte dell'oggetto di minore volume che è soggetto a una minore spinta aerostatica. L'equilibrio viene raggiunto facendo funzionare la bilancia sottovuoto. Ponila in una campana pneumatica. Quindi, con una pompa estraine l'aria all'interno. In tal caso, la spinta di Archimede non c'è più. Un esempio pratico dell'applicazione di tale principio della fisica lo puoi osservare nei palloni e nei dirigibili. Infatti, i palloni aerostatici sono costituiti da un involucro che contiene un gas più leggero dell'aria. Il volume del pallone deve essere tale da ottenere una spinta aerostatica sufficiente a sollevare anche la navicella. In poche parole, un pallone si solleva nell'aria per la stessa ragione per cui un pezzo di legno viene a galla nell'acqua.
Con questi brevi e semplici appunti abbiamo chiarito l'evidenza fisica che il principio di Archimede descrive. Un principio che abbiamo sotto il naso tutti i giorni. Eureka!

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