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Il galleggiamento
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
| fluido | densità (kg/m3) |
| acqua | 1000 |
| benzina | 700 |
| mercurio | 13 595 |
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.
- se la densità del corpo è minore di quella del fluido, allora il corpo immerso sale verso l'alto e galleggia
- se la densità del corpo è maggiore di quella del fluido, allora il corpo va a fondo
- se la densità del corpo è uguale a quella del fluido, allora il corpo immerso rimane dov'è (equilibrio indifferente)
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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