Scheda di Laboratorio
Indagine sulla spinta idrostatica
Presentazione dell’esperienza
Con questa esperienza ci si propone non tanto la verifica di una legge fisica (in questo caso, il principio di Archimede), quanto la sua costruzione, attraverso una serie di ipotesi e di controlli sperimentali.
La spinta idrostatica viene studiata cercando la sua eventuale dipendenza da quattro grandezze diverse: la quantità e il peso specifico del liquido, la massa e il volume dell’oggetto immerso.
È opportuno che questa esperienza sia svolta a gruppi.
Materiale occorrente
· 3 becher
· dinamometro
· acqua e alcol
· sale da cucina
· alcuni oggetti di diversi materiali e dimensioni
· limatura di ferro
Procedimento
1) Spinta idrostatica e quantità di liquido
· Si misura il peso P di un oggetto con il dinamometro.
· Si riempie d’acqua un becher fino all’orlo, si immerge lo stesso oggetto e si misura il peso Pi dell’oggetto immerso.
· Si calcola la forza idrostatica che agisce sull’oggetto immerso (differenza tra P e Pi).
· Si svuota il becher fino a metà e si ripete la misura precedente.
2) Spinta idrostatica e peso specifico del liquido
· Si prepara una soluzione sciogliendo alcuni cucchiai di sale in acqua, se ne calcola la densità e si versa la soluzione in un becher.
· Si riempie il secondo becher di alcol e il terzo di acqua.
· Si determina la spinta idrostatica subita dall’oggetto nei tre liquidi, con lo stesso procedimento eseguito al punto 1.
3) Spinta idrostatica e massa dell’oggetto
· Si preparano oggetti di volumi uguali e masse differenti; per esempio, si riempie una boccetta di quantità differenti di limatura di ferro.
· Per ognuno di questi oggetti, si determina la spinta idrostatica subita nell’acqua, con lo stesso procedimento eseguito al punto 1.
4) Spinta idrostatica e volume dell’oggetto
· Si ripetono le misure eseguite al punto 1 con oggetti di volume differente.
Considerazioni
Ogni punto di questa ricerca indaga su una possibile relazione tra due grandezze fisiche escludendo le altre.
In tal modo, si può ricavare dalla realtà sperimentale una “risposta” a ogni singolo quesito.
È per questo motivo che si utilizzano oggetti con lo stesso volume quando si cerca la relazione tra spinta e massa. Da qui deriva un’indicazione importante per ogni indagine scientifica: bisogna sempre cercare di isolare gli effetti di ogni possibile elemento che interviene nella determinazione di un fenomeno. Solo in tali condizioni si può avere dalla verifica sperimentale una risposta precisa sull’entità di questo intervento.
Relazione guidata
1) Spinta idrostatica e quantità di liquido
a. Riporta i risultati ottenuti in una tabella:
Oggetto spinta idrostatica (kgp) becher pieno becher mezzo pieno
b. La spinta idrostatica dipende dalla quantità di liquido in cui l’oggetto viene immerso?
2) Spinta idrostatica e peso specifico del liquido
a. Calcola il peso specifico (in kg/m3) dei liquidi utilizzati in questa prova.
b. Riporta i risultati ottenuti in una tabella del genere:
Oggetto:
alcol
acqua
acqua salata
peso specifico (kgp/m3)
spinta idrostatica (kgp)
c. Traccia un grafico cartesiano, in cui sia riportata la spinta idrostatica in funzione del peso specifico del liquido.
d. La spinta idrostatica dipende dal peso specifico del liquido in cui l’oggetto è immerso?
e. C’è una relazione di proporzionalità tra queste due grandezze?
3) Spinta idrostatica e massa dell’oggetto
a. Riporta i risultati ottenuti in una tabella.
b. La spinta idrostatica dipende dalla massa dell’oggetto immerso?
4) Spinta idrostatica e volume dell’oggetto
a. Riporta i risultati ottenuti in una tabella del genere:
Liquido: ……………….
oggetto 1
oggetto 2
oggetto 3
volume (cm3)
spinta idrostatica (kgp)
b. Traccia un grafico cartesiano, in cui sia riportata la spinta idrostatica in funzione del volume.
c. La spinta idrostatica dipende dal volume dell’oggetto immerso?
d. C’è una relazione di proporzionalità tra queste due grandezze?
Considerazioni finali
a. Qual è il significato fisico del rapporto tra spinta idrostatica e peso specifico del liquido misurati al punto 2?
b. Qual è il significato fisico del rapporto tra spinta idrostatica e volume dell’oggetto immerso, che sono stati misurati al punto 4?
c. È possibile raccogliere tutti i risultati ottenuti in un’unica legge?
d. Ci sono altre grandezze fisiche che a tuo parere potrebbero influire sul fenomeno studiato e che si dovrebbero prendere in considerazione in questa indagine?
e. Vuoi aggiungere qualcos’altro, a completamento della scheda?