Principio di Archimede: la spinta idrostatica

fisica

Principio di Archimede: la spinta idrostatica

Obiettivo: un corpo, immerso in un fluido in equilibrio, subisce una spinta diretta dal basso verso l'alto, pari al peso del liquido spostato.

Dispositivi utilizzati: bilancia idrostatica, due cilindri di cui u 555f57f no pieno e uno cavo, un becher e dei pesi campione per la bilancia.

Modalità d'esecuzione: Innanzitutto prima di verificare la spinta di Archimede è necessario installare i dispositivi su un piano. Un primo dispositivo è la bilancia idrostatica, usata per la determinazione della densità di sostanze liquide e solide. Essa è costituita da un giogo simmetrico con due piattelli sui quali porre i pesi campione, uno dei quali possiede un gancio nella parte sottostante. A tale gancio appendiamo il cilindro cavo e sotto di esso quello pieno che a sua volta andrà immerso nel liquido sottostante contenuto dal becher. Inizialmente il cilindro avrà un suo peso che chiameremo P1. In seguito immergeremo il cilindro pieno nel becher (fig. 1) contenente un liquido di peso specifico ps (in questo caso l'acqua), dopodichè leggeremo il peso sulla bilancia e lo chiameremo P2. La differenza di peso P1- P2 rappresenta la spinta che ha ricevuto il corpo dall'acqua. Subito dopo riempiremo d'acqua il cilindro cavo fino all'orlo (fig. 2) e leggeremo il peso sulla bilancia: il peso attuale è uguale a P1, cioè al peso iniziale.

Pertanto quando abbiamo immerso il cilindro nell'acqua, abbiamo visto che il suo peso era diminuito e la differenza di peso P1 - P2 rappresentava la spinta ricevuta dall'acqua. Quando abbiamo riempito il cilindro cavo d'acqua, il peso è tornato quello iniziale, ciò significa che la spinta è uguale al peso dell'acqua spostata dal cilindro stesso.

Per spiegare questo considereremo le pressioni che il liquido esercita sulla superficie laterale e sulle basi del cilindro. Su due punti diametralmente opposti della superficie laterale le pressioni sono uguali in intensità, quindi si fanno equilibrio, in quanto per la legge di Stevino sono forze opposte. Le pressioni sulle due basi sono invece diverse tra loro, non solo perché hanno verso opposto, ma anche perché l'intensità della pressione sulla base inferiore è maggiore (essendo maggiore la profondità) dell'intensità della pressione sulla base superiore. Se S è la superficie delle basi, le forze di pressione sono sulla base superiore pS, diretta verso il basso, sulla base inferiore (p+ gh) S = pS+ ghS, diretta verso l'alto.

La risultante delle due forze sarà pertanto una forza diretta verso l'alto di grandezza uguale alla differenza delle due: ghS = p_sV

in cui p_{s =} g è il peso specifico del liquido e V = Sh è il volume del corpo immerso e quindi anche il volume del fluido spostato.

Conclusione Ne risulta pertanto che la risultante delle forze di pressione è una spinta agente sul corpo e uguale al peso del fluido spostato (principio di Archimede); pertanto, tramite questa esperienza, il principio sulla spinta idrostatica di Archimede è stato verificato.