Impariamo a misurare la densità!

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Giacomo Cenci
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1 Impariamo a misurare la densità! A cura di Martina Grussu Loredana Orrù Stefania Piroddi Eugenia Rinaldi Chiara Salidu Fabrizio Zucca

2 La densità Si definisce densità il rapporto tra la massa di un corpo e il suo volume. Si calcola con la seguente formula: Per calcolare la densità di un oggetto bisogna conoscerne massa e volume, perché la densità è uguale alla massa divisa per il volume. La massa di un oggetto è indicata dalla bilancia, mentre il volume di un oggetto regolare (per esempio un lingotto d oro) si può calcolare moltiplicando la profondità (p) per la lunghezza (l) e l altezza (h). Un oggetto irregolare, invece, si può mettere in un recipiente pieno d acqua: il volume dell'acqua che viene spostata è uguale al volume dell oggetto. Le grandezze che descrivono le proprietà della materia sono di due tipi: le grandezze estensive e le grandezze intensive. Sono estensive le proprietà fisiche di un materiale o di una sostanza che dipendono dalla dimensione del campione: la massa, il peso, la lunghezza, il volume, l energia. Sono intensive le proprietà fisiche di un materiale

3 che non dipendono dalla dimensione del campione. Esse, infatti, sono tipiche di quel materiale o di quella sostanza (per esempio, la densità). La massa è una grandezza fisica, cioè una proprietà dei corpi materiali, che determina il loro comportamento dinamico quando sono soggetti all'influenza di forze esterne. E una grandezza scalare perché il suo valore può essere letto su una scala graduata di uno strumento di misura e, a differenza delle grandezze vettoriali, non necessita di altri elementi per essere identificata. Il volume è la misura dello spazio occupato da un corpo. Viene valutato ricorrendo a molte diverse unità di misura. Questo esperimento è diviso in due parti: nella prima parte dimostreremo che il galleggiamento di un corpo dipende dalla sua intensità; nella seconda parte utilizzeremo del sale per dimostrare che ha uno scopo importante nel galleggiamento di un corpo. PRIMA PARTE Scopo dell esperimento Dimostrare che il galleggiamento di un corpo all interno di un liquido dipende dalla sua densità. Strumenti utilizzati Bilancia elettronica, bacinella, biglie, sfere, becher, acqua. La sensibilità della bilancia è di 0,1 gr. La sensibilità del becher è di 10 ml. La sensibilità è la quantità minima che lo strumento riesce a misurare.

4 Procedimento Per calcolare la densità delle nostre due sfere abbiamo bisogno della loro massa e del loro volume. Con la bilancia elettronica abbiamo pesato le due sfere contenenti le biglie ottenendo così la loro massa. Massa sfera n 1= 161,2 gr Massa sfera n 2= 213,7 gr Per ottenere il volume delle nostre sfere riempiamo il becher con 500 ml d acqua e immergiamo prima la sfera n 1 e poi la sfera n 2. Il livello dell acqua si solleva ogni volta che viene immersa una sfera. Calcoliamo la differenza tra il livello d acqua iniziale e quello ricavato e così troviamo il volume delle sfere. La differenza di volume della sfera n 1 è di 100 ml, mentre la differenza di volume della sfera n 2 è di 480 ml. d sfera n 1= 161,2 gr/ 100 cm 3 = 1,61 g/cm 3 d sfera n 2= 213,7 gr/ 480 cm 3 = 0,44 g/cm 3 Abbiamo così ottenuto che la densità della sfera più grande è più piccola della densità della sfera più piccola. Adesso dobbiamo calcolare gli errori relativi e l errore totale. Ma cos è l errore? L'errore relativo nasce dall'esigenza d'interpretare velocemente se un errore è piccolo o grande (dunque se è più o meno tollerabile) confrontandolo direttamente con la grandezza misurata. Minore è il valore dell'errore relativo, maggiore sarà la precisione della misurazione effettuata.

5 E sfera n 1= 0,1/ 161,2= 0,0006 E sfera n 2= 0,1/ 213,7= 0,0004 E volume n 1= 10/100= 0,1 E volume n 2= 10/480= 0,02 E tot(em+ev) n 1= 0, ,1= 0,1006 E tot(em+ev) n 2= 0, ,02= 0,0204 SECONDA PARTE Nella seconda parte dell esperimento abbiamo aggiunto un altro strumento alla nostra lista: il sale. Perché il sale? La spiegazione sta nel principio della Spinta di Archimede, secondo cui "un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l'alto equivalente al peso del volume del fluido spostato". In pratica, quando ci immergiamo spostiamo un volume di acqua equivalente al nostro volume corporeo. Il peso della massa d'acqua spostata dipende dalla quantità di materiali in essa disciolti, e quindi dalla sua densità. L'acqua salata, essendo più densa di quella dolce, a parità di volume pesa di più. In base al principio di Archimede, dunque, la spinta verso l'alto conferita dall'acqua salata è maggiore rispetto a quella conferita dall'acqua dolce e permette di galleggiare meglio. Abbiamo riempito la nostra sfera piccola con biglie e monetine per una massa di 70 gr. La immergiamo in 700 ml di acqua salata e notiamo che il livello finale è di 760 ml.

6 Conclusioni Quello che ci attendevamo è proprio questo processo di galleggiamento. Abbiamo osservato che la spinta di Archimede aumenta quando il corpo è progressivamente immerso in quanto aumenta il volume del corpo immerso. La spinta di Archimede viene influenzata dalla densità del fluido poiché al variare della densità varia anche la spinta di Archimede: maggiore è la densità del fluido, maggiore è la spinta di Archimede. La spinta di Archimede dipende dal volume dell oggetto, dalla densità del fluido in cui viene immerso l oggetto ma non dal suo peso.

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