ESPERIMENTO n°7
SPINTA DI ARCHIMEDE IN UN SISTEMA NON INERZIALE
MATERIALE: Due vasi di vetro, Pallina da ping-pong, Pallina di vetro, un carrello.
Fig.. il coperchio del vasetto A sostiene una pallina di vetro appesa mediante un filo; quello del
vasetto B trattiene una pallina leggera che flotta nel liquido. I due barattoli sono completamente
pieni d'acqua e chiusi con coperchi a tenuta.
SCOPO DELL’ESPERIMENTO: Lo scopo dell’esperimento è quello di riflettere sul
comportamento della forza di Archimede in un sistema non inerziale.
PROCEDIMENTO:
1)Si applica un filo leggero alla pallina da ping pong e si fissa l’altra estremità al coperchio del vaso
di vetro.
2) Si prende il vaso di vetro e lo si riempie d’acqua chiudendolo con il
coperchio.
3) Si ribalta il vaso e lo si fissa sul carrello. La pallina da ping pong si trova
spinta verso l’alto dalla forza di Archimede e
trattenuta dal filo fissato al coperchio.(vedi figura B)
4) La biglia di vetro la si fissa con un filo al
coperchio del secondo vaso di vetro pieno d’acqua e
chiuso . Si pone il vaso in un secondo carrello
lasciandolo diritto. (vedi figura A). In alternativa, si
può porre la biglia nello stesso carrello della pallina
da ping pong in modo che sia libera di muoversi lungo un binario rettilineo
lungo la direzione del moto.
Si può cominciare ad osservare che, appoggiati i due barattoli su carrelli che si muovono di moto
uniforme, non si osserva niente di diverso rispetto a quando sono fermi.
Imprimendo un'accelerazione al
barattolo A, si osserva che la
pallina si sposta in senso opposto
all'accelerazione. Ad esempio,
frenandolo improvvisamente, la
biglia di vetro viene spinta in
avanti dalla forza d’inerzia.
Ripetendo l'esperienza con la pallina da ping pong nell’acqua si osserva che, quando il vaso subisce
un'accelerazione, questa si sposta nello stesso verso. Ad esempio, frenandolo improvvisamente, la
pallina da ping pong viene spinta indietro. Quindi, il comportamento della pallina da ping pong
nell’acqua, è opposto a quella dell’esperienza quotidiana.
CONCLUSIONI:
La cosa è facilmente spiegabile. Nel sistema di riferimento dell'acqua:
Immaginiamo di sostituire alla sferetta di vetro, una sferetta di uguale dimensioni, ma d'acqua.
Questa subirebbe l’azione di tre forze che si fanno equilibrio :
P=mg è il peso, Fi=ma è la forza d’inerzia (a è l’accelerazione del carrello) e Si è la spinta di
Archimede. La direzione di Si è quella della risultante di Fi e P e verso opposto. Il suo valore è
quindi:
Con una direzione che forma con la verticale un angolo :
La pallina di vetro, di densità dc > df subisce l'azione della stessa spinta
idrostatica, ma di un peso P e di una forza d'inerzia Fi maggiori. La massa
della pallina di vetro è maggiore alla massa di
una uguale pallina di acqua.
La risultante è una forza diretta verso il basso e
che forma con la verticale lo stesso angolo
calcolato in precedenza.
Se al posto della pallina di vetro abbiamo un
oggetto, come la pallina da ping pong di densità
d < df, la forza risultante è diretta verso l'alto e
forma
lo
stesso
angolo
nel
verso
dell'accelerazione.
QUESITO: Un bambino con un palloncino d’elio si trova in una macchina che procede con velocità
costante. La macchina frena improvvisamente. Il bambino è spinto in avanti dalla forza d’inerzia.
Come si comporta il palloncino?
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