FLUIDOSTATICA: Condizioni di galleggiamento di un corpo: affonda, resta in sospensione, galleggia

Struttura del video e scelte layout fatte:

• breve introduzione del fenomeno del galleggiamento
• esperimento sul galleggiamento dei corpi nell’acqua, con l’utilizzo di materiali facilmente reperibili
• spiegazione di quanto osservato nell’esperimento con l’utilizzo di leggi fisiche (forza peso, spinta di Archimede e densità)
• verifica della legge, spiegata con brevi calcoli (calcolando ed equiparando la densità dei corpi rispetto a quella dell’acqua)
• conclusione

Si è scelto di utilizzare materiali comunemente presenti nelle abitazioni per facilitare la riproduzione dell’esperimento. La modalità di presentazione
dell’esperimento è tramite spezzoni di video dedicati alla pratica, integrati a slide di spiegazione e calcoli.

Contenuti teorici esposti:

Un corpo immerso in un liquido (o, più in generale, in un fluido) è sottoposto a due forze: la sua forza peso, P, diretta verso il basso; e la spinta di
Archimede, F, esercitata dal fluido, rivolta verso l’alto. Quindi: se F> P il corpo galleggia, se F< P il corpo affonda, se F= P il corpo resta sospeso.

con S=Spinta di Archimede

Chiamando poi dfluido la densità del fluido, V il volume di liquido occupato dal corpo, mcorpo la massa del corpo e g l’accelerazione di gravità, possiamo
scrivere la forza peso come P = mcorpog o P = dcorpoVg (m = dV) e la spinta di Archimede come F = dfluidoVg. Il volume che compare nella spinta di
Archimede è il volume immerso.

Riscrivendo le relazioni precedenti avremo che: se dfluidoVg > dcorpoVg il corpo galleggia, se dfluidoVg < dcorpoVg il corpo affonda, se dfluidoVg = dcorpoVg il corpo resta sospeso. Semplificando infine g e V otterremo che se dfluido > dcorpo il corpo galleggia, se dfluido < dcorpo il corpo affonda, se dfluido = dcorpo
il corpo resta sospeso.

Dunque la densità di un corpo, rispetto al fluido in cui è immerso, determina il suo galleggiamento nel fluido stesso. Nel caso di un fluido come
l’acqua, la cui la densità è 1 g/cm3: se il corpo ha una densità maggiore di 1 g/cm3 affonda; se il corpo ha una densità uguale a 1 g/cm3 resta in sospensione sotto il pelo dell’acqua; se il
corpo ha una densità minore di 1 g/cm3 galleggia.

Aspetto sperimentale:

ESPERIMENTO
Il tutorial si propone di dimostrare come la densità di un corpo influenzi il suo galleggiamento o meno in un liquido.
Strumenti utilizzati:

• Acqua, olio e detersivo (liquidi che non si mescolano)
• Bicchiere vuoto
• Bilancia digitale
• Becker graduato
• Carta e penna
• Calcolatrice
  SVOLGIMENTO
  Versare l’acqua nel bicchiere vuoto e successivamente l’olio e il detersivo. Lasciar passare qualche istante.
  OSSERVAZIONI
  Si può notare che i tre liquidi si dispongono formando tre strati tra loro ben definiti. L’olio galleggia sull’acqua, mentre il detersivo affonda.
  VERIFICA DELLA LEGGE
  Si procede calcolando la densità dei tre liquidi e mettendo a confronto i risultati ottenuti. Per fare ciò si misura il volume V di una certa quantità di
  liquido, utilizzando la bilancia per determinare la massa m. Si calcola la densità come d = m/V.
  CONCLUSIONE
  La legge è stata verificata. Il liquido con densità maggiore affonda e il liquido con densità minore galleggia sull’acqua.

Sitografia:
-Chimica online: https://www.chimica-online.it/fisica/galleggiamento-dei-corpi.htm
-Youmath: https://www.youmath.it/lezioni/fisica/idrostatica-fluidodinamica/3224-galleggiamento.html