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sabato, Giugno 22, 2024

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Perché le barche gallegiano?

Se getti un pezzo di ferro in mare, vedrai che affonda rapidamente. Tuttavia, una nave che pesa molto di più della barra di ferro, e che può essere fatta di metallo, riesce a rimanere a galla sull’acqua. Esistono barche e navi di tantissimi tipi, ma tutte hanno qualcosa in comune: galleggino. La galleggiabilità è la proprietà che galleggia le navi e fu descritta per la prima volta da Archimede di Siracusa (vissuto nel III sec. a.C.), uno dei più importanti scienziati greci ed è determinata da ciò che è noto come il Principio di Archimede.

Il principio di Archimede

Principio di Archimede, perché le barche galleggianoIl Principio di Archimede dice: “Un corpo totalmente o parzialmente immerso in un fluido a riposo viene spinto dal basso verso l’alto con una forza pari al peso del volume del fluido che il corpo ha spostato”. Questa forza è nota come spinta idrostatica e viene misurata, secondo il Sistema Internazionale di Unità, in newton. La formulazione matematica è:

Formula di Archimede

Dove:

  • E è la spinta idrostatica
  • g è l’accelerazione di gravità
  • m la massa
  • V è il volume del fluido spostato
  • ρ è la densità del fluido.

La spinta idrostatica dipende quindi dalla densità del fluido e dal volume di fluido spostato (uguale al volume dell’oggetto sommerso) perché sulla Terra l’accelerazione di gravità è costante (9,81 m/s2). Quando la forza della spinta idrostatica è uguale al peso dell’oggetto, smetterà di immergersi.

Il principio di Archimede fu scoperto mentre Archimede stesso stava facendo il bagno. In quel momento di relax, lo scienziato scoprì che il livello dell’acqua nella vasca da bagno aumentava quando il suo corpo entrava nell’acqua. La spiegazione significava che ogni corpo immerso in un fluido sperimenta una spinta verticale e verso l’alto pari al peso del fluido spostato.

Le barche galleggiano per la spinta idrostatica

In base a questo principio, il comportamento di un corpo solido, in questo caso della nave, immersa in un liquido dipende da due elementi: il peso della nave, che agisce dall’alto verso il basso, e la spinta idrostatica, uguale al peso del liquido spostata dal corpo della nave, che agisce al contrario ovvero dal basso verso l’alto. 

come fanno le barche a galleggiareMateriali diversi, con densità diverse ma lo stesso volume, avranno una galleggiabilità diversa. Prendiamo ad esempio un palloncino gonfio pieno d’aria e una pietra delle stesse dimensioni. Entrambi gli oggetti occupano lo stesso volume nello spazio, ma la pietra affonderà e il pallone galleggerà. Ciò è dovuto alla maggiore densità della pietra.

Avendo più densità, il peso della pietra è maggiore del peso dell’acqua che sposta e la forza di spinta idrostatica non è uguale al peso della pietra. La pietra affonda sul fondo. Si dice che la pietra abbia un basso rapporto volume-peso, questo è poco volume e peso elevato. Una barca o nave è essenzialmente una carcassa piena d’aria e ha un alto rapporto volume-peso, sposterà rapidamente un volume d’acqua il cui peso è equivalente al peso della barca e quindi la barca galleggia.

Logicamente, quando le barche sono cariche, il rapporto volume-peso diminuisce e si immergerà di più, ma rimarrà a galla finché non sarà sovraccaricato al punto da rendere il rapporto volume-peso troppo basso (poco volume per così tanto peso). Tieni presente che sebbene la barca sia aperta dall’alto, l’aria contenuta tra le pareti conta come il volume dell’oggetto.

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