LA SPINTA DI ARCHIMEDE
Perché un corpo, per esempio di forma sferica, lasciato libero in un
fluido (aria, acqua, olio,…) può cadere verso terra, può volare o
rimanere in sospensione?
Ricordando che la forza è la causa del moto, è necessario analizzare
le forze che agiscono sul corpo.
La risposta alla precedente domanda per un corpo lasciato libero in un
fluido che cade a terra sembrerebbe ovvia: la forza peso è la causa
che fa cadere il corpo.
Su un corpo libero che si muove verso l’alto pur essendo pesante
deve agire necessariamente un’altra forza avente il verso contrario a
quella della forza peso e intensità maggiore: questa forza è nota come
“Spinta di Archimede”.
La legge: un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto
uguale al peso di fluido spostato”.
Un corpo, invece, rimane in sospensione in un fluido perché la forza peso e la spinta di
Archimede sono forze opposte: si ha l’equilibrio.
Taratura della molla
La costante elastica della molla deve essere determinata se non è nota.
Si dispone il materiale come in fotografia e si misura la lunghezza iniziale della molla.
Si appendono successivamente una ad una le masse campioni e si misurano le lunghezze
corrispondenti.
Si rappresentano i dati sperimentali su un piano cartesiano (allungamento della molla,
forza applicata) e si ottiene un grafico che generalmente ha un andamento rettilineo, ciò
significa che le grandezze rappresentate sono direttamente proporzionali.
La costante elastica della molla è:
K = (massa totale relativa a ogni operazione di misurazione * accelerazione di
gravità)/(lunghezza-lunghezza iniziale)
m⋅ g
K=
(l − l 0 )
N
e la sua unità di misura è
dove N è l’unità di misura della forza (1Newton) e m è l’unità
m
di misura della lunghezza (1metro). Spinta
Esperimento
Si dispone il materiale come in fotografia, si lascia il cilindro di alluminio sospeso in aria e
si misura la lunghezza della molla.
Si dispongono gli spessori di legno sotto il recipiente contenente l’acqua in modo da
sollevarlo e rendere possibile l’immersione di una parte del cilindro.
Si misura nuovamente la lunghezza della molla contemporaneamente all’altezza della
parte del cilindro immersa in acqua.
L’operazione si ripete fino ad immergere, se possibile, tutto il cilindro.
Si ha:
- Spinta di Archimede o diminuzione apparente del peso del cilindro = costante
elastica della molla * accorciamento della lunghezza della molla
Spinta Archimede = K ⋅ Δl
- Peso del fluido spostato = densità del fluido * accelerazione di gravità * volume
della parte immersa del cilindro
Peso di fluido spostato = δ ⋅ g ⋅ π ⋅ r 2 ⋅ h
Nelle due relazioni le grandezze sono tutte misurabili cosicché è possibile concludere che,
entro i limiti degli errori sperimentali, la spinta di Archimede ed il peso di fluido spostato
sono uguali.
MATERIALI
- Una molla elicoidale o parte di una slinky
- Un cilindro di alluminio avente una massa non superiore a 0,150Kg
- Un recipiente contenente acqua nel quale si immerge il cilindro
- Masse campioni o piombi da pesca aventi masse note
- Un’asta
- Una morsa da tavolo
- Un morsetto
- Un metro
- Tavolette di legno con spessore di 0,02m
- Spezzoni di filo