Equilibrio nei fluidi

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Il galleggiamento

barca (5K)

La spinta di Archimede è la forza responsabile del galleggiamento dei corpi. Se una barca è immobile nell'acqua, la situazione di equilibrio è dovuta all'azione di due forze opposte che si bilanciano: la forza peso diretta verso il basso e la spinta di Archimede diretta verso l'alto.

Detta d la densità del corpo, V il volume del corpo e g il campo gravitazionale, la forza peso vale

FP = d V g

Detta df la densità del fluido e Vi la parte di volume immerso, la spinta di Archimede è

FA = df Vi g

All'equilibrio si ha: d V g = df Vi g quindi:

In un corpo che galleggia la percentuale di volume immerso rispetto al totale è uguale al rapporto tra la sua densità e la densità del fluido

Vi /V = d / df
galleggiamento (5K)
fluidodensità (kg/m3)
acqua1000
benzina700
mercurio13 595

Un tappo di sughero (d = 240 kg/m3) rimane immerso per il 24% del suo volume in acqua, per il 34% nella benzina e solo per il 2% nel mercurio. La spinta di Archimede non dipende dalla densità del corpo immerso, ma da essa, o meglio dal confronto tra le due densità del corpo e del fluido, dipende il tipo di galleggiamento o il non-galleggiamento.

palloncino (12K)

La spinta di Archimede si esercita sia su corpi immersi nei liquidi, sia su corpi immersi nei gas e quindi su qualunque oggetto che ci circonda che è immerso nell'aria. Poichè la densità dell'aria è solo dell'ordine di 1 kg/m3, questa forza è spesso trascurata, anche se nelle pesate di precisione bisogna tener conto di questo effetto. La spinta dell'aria è invece importante per corpi di densità minore di quella dell'aria: su questo effetto si basa la costruzione degli aerostati, come le mongolfiere o i dirigibili, ma anche l'ascesa di un comune palloncino riempito di elio.

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