Ti sei mai chiesto perché alcuni oggetti galleggiano mentre altri affondano? Sapevi che ogni oggetto in un liquido subisce una forza verso l'alto dal liquido? Scaviamo e scopriamo di più.
OBIETTIVI FORMATIVI
Entro la fine di questo argomento, dovresti;
INTRODUZIONE
Tutti gli oggetti in un liquido subiscono una forza verso l'alto dal liquido sia che siano sommersi che galleggianti. Questa forza verso l'alto è indicata come la forza di spinta verso l'alto . La forza di spinta è anche chiamata forza di galleggiamento ed è indicata dalla lettera "u".
PRINCIPIO DI ARCHIMEDE
Uno scienziato greco, di nome Archimede, condusse i primi esperimenti per misurare la spinta verso l'alto su un oggetto in un liquido. Il principio di Archimede afferma che "quando un corpo è completamente immerso in un fluido, subisce una forza verso l'alto pari al peso del fluido spostato".
Quando un solido è immerso in un liquido, la spinta verso l'alto su questo solido sarà uguale al peso dell'acqua spostata.
Ad esempio, un blocco di metallo il cui volume è di 60 cm 3 e pesa 4,80 N nell'aria è immerso in un liquido. Determina il peso del blocco quando è completamente immerso in un liquido che ha una densità di 1.200 kgm -3 .
Soluzione
Volume del liquido spostato = 60cm 3 = 6.0 × 10 -5 m 3 .
Peso del liquido spostato = volume x densità 6,0 × 10 -5 × 1200 × 10 = 0,72 N
Upthrust = peso del liquido spostato. Peso del blocco in liquido = 4,80 – 0,72 = 4,08 N
OGGETTI GALLEGGIANTI
Gli oggetti che galleggiano nei liquidi sono meno densi dei liquidi in cui galleggiano. È possibile determinare la relazione tra il peso del liquido spostato e quello del corpo.
Il peso del liquido spostato è uguale al peso di un blocco in aria. Ciò è coerente con la legge di galleggiamento che afferma che "un corpo sposta il proprio peso". Questa relazione può essere rappresentata matematicamente come mostrato di seguito;
Peso = volume x densità x gravità = v × ρ × g
W = vd × ρ × g dove vd è il volume del liquido spostato.
Si noti che il galleggiamento è un tipo speciale del principio di Archimede. Questo perché un corpo galleggiante affonda finché la spinta verso l'alto non è uguale al peso del corpo.
DENSITÀ RELATIVA
La densità relativa è stata stabilita come il rapporto tra la densità di una sostanza e la densità dell'acqua. Per la legge di galleggiamento, un oggetto sposta un fluido pari al proprio peso, pertanto si possono stabilire le seguenti espressioni matematiche.
Densità relativa = \(\frac{\textrm{ density of substance}}{\textrm{density of water}}\) = \(\frac{\textrm{weight of substance}}{\textrm{weight of equal }volume of water}\) = \(\frac{\textrm{mass of substance}}{\textrm{mass of equal volume of water}}\)
APPLICAZIONI DELLA DENSITA' RELATIVA E DEL PRINCIPIO DI ARCHIMEDE
1. Navi . Ti sei mai chiesto perché un ago di ferro affonda subito nell'acqua ma non una grande nave? La risposta è il principio di Archimede. Il chiodo affonda perché il peso dell'acqua spostata è minore di quello dell'ago, la densità del ferro è maggiore di quella dell'acqua. Il principio di Archimede viene applicato nella costruzione delle navi. Grandi porzioni della nave vengono lasciate vuote per farla pesare meno dell'acqua spostata. Una forza di galleggiamento di intensità pari all'acqua spostata mantiene a galla la nave.
2. Sottomarini . Un sottomarino può galleggiare sull'acqua e può anche essere sommerso. Ciò è ottenuto dalla zavorra e dai serbatoi compressi. Quando il serbatoio di zavorra è pieno d'acqua, il sottomarino è sommerso. Questo perché ha una densità maggiore dell'acqua spostata. Quando l'acqua nel serbatoio di zavorra viene espulsa, con l'assistenza del serbatoio compresso, la densità del sottomarino si abbassa meno della densità dell'acqua spostata. Pertanto, il sottomarino è in grado di galleggiare.
3. Mongolfiere . Il pallone si alza in aria quando l'aria che circonda il pallone ha un peso maggiore del pallone. Quando il peso è uguale, il pallone rimane fermo.
4. Idrometri . Questo è uno strumento utilizzato per misurare il peso specifico o la gravità dei liquidi. È costituito da un tubo cavo di vetro con una base più larga a forma di bulbo ed è sigillato da entrambe le estremità. Il livello dell'idrometro immerso in un liquido e l'acqua spostata dall'idrometro vengono misurati per ottenere il peso specifico di un liquido. Se l'idrometro scende più in profondità, mostra che il terreno del campione ha un peso specifico inferiore.
