Giochi di galleggiamento

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1 Relazione del laboratorio di Fisica Giochi di galleggiamento Scopo Confermare empiricamente l'ipotesi: I corpi galleggiano in base alla densità del liquido in cui sono immersi? La densità d di un corpo è definita come il rapporto tra la sua massa m e il suo volume V. d=m/v La densità è una misura intensiva, disomogenea e indiretta. Intensiva perché la materia dipende dalla temperatura e dalla pressione. Disomogenea perché le unità di misura di massa e volume sono diverse tra loro (la massa si misura in Kilogrammi, e il volume in metri cubi ). Indiretta perché non esiste uno strumento apposito per una misura immediata di essa. Per quanto riguarda l'acqua il galleggiamento è possibile se il corpo ha una densità minore o uguale a 1; se la densità del corpo è maggiore di 1, questo affonda. Strumenti e Materiali Una bacinella di qualsiasi diametro, contente acqua.

2 2 sfere in plexiglas, vuote, apribili con 2 diametri differenti (tale che una stia all'interno dell'altra). Dei pesi vari (es. delle biglie come nel nostro caso). Una bilancia elettronica. (con una portata di 5kg) Un becker. (con la portata di 1000ml) Una sostanza che alteri la densità del liquido nel quale sono immersi i corpi Sensibilità degli strumenti La sensibilità di uno strumento corrisponde alla quantità minima che esso può misurare. La sensibilità dei nostri strumenti: Il becker ha una sensibilità di 100ml La bilancia ha sensibilità di 1gr (il primo numero che ci appare all'accensione della bilancia non ha numeri decimali) Descrizione dell'esperimento Presa una bacinella piena d'acqua, e riempito il becker fino a 500ml, abbiamo messo le biglie nella sfera più piccola, misurando la sua massa (131gr) con la bilancia; l'abbiamo poi immersa nel becker, constatando che essa andava affondo; per calcolarne il volume abbiamo osservato la variazione di volume dell'acqua (610 ml),

3 dunque calcoliamo: = 110cm^3 (considerando che 1ml = 1cm^3). In conclusione applichiamo la formula della densità: d=131gr/110cm^3 d= 1,19gr/cm^3 Di seguito abbiamo rieseguito l'esperimento con la sfera piccola riempita di biglie, inserita in quella grande (massa totale = 185gr). La sfera galleggiava quindi abbiamo dovuto esercitare una forza su di essa stando attenti a non alterare la misurazione, in modo tale da poter calcolare il suo volume (510 cm^3). d=185gr/510 cm^3 d=0,36gr/cm^3. Aggiungendo del colorante allo scopo di alterare la densità dell'acqua abbiamo ripetuto l'esperimento. A causa della quantità minima di colorante in proporzione a quella dell'acqua, non abbiamo trovato sostanziali differenze. Per dare un quadro più veritiero allo sperimento abbiamo calcolato il margine di errore.

4 Il margine di errore è calcolabile attraverso il rapporto tra la sensibilità dello strumento utilizzato e il peso registrato. L'errore relativo alla massa delle due sfere insieme: 1gr/185gr= + - 0,005 L'errore del volume delle due sfere insieme: 100ml/510ml=+ -0,196 Per calcolare l'errore della densità bisogna sommare l'errore della massa e l'errore del volume. 0,196+0,005=0,201 E' importante che il calcolo del margine di errore sia minore di 1. CONCLUSIONE: Abbiamo potuto constatare che utilizzando l'acqua come liquido, se la densità risulta minore di 1 il corpo galleggia, viceversa se è maggiore di 1 il corpo affonda, di conseguenza abbiamo confutato le nostre ipotesi. Secondo esperimento: Non prendiamo più come liquido l'acqua ma aggiungiamo del sale. La nuova densità di acqua più sale sarà più di 1. Il nostro esperimento: pallina piccola:densità poco poco più grande di 1. 1,2 Quando si trova nell'acqua sarà minore del liquido in cui si trova quindi galleggerà. ESPERIMENTO SULLA DENSITÀ II PARTE

5 Alla luce di quanto sperimentato finora, si può assumere quanto segue: appurata la densità dell acqua, circa 1grammo/cm 3, per far galleggiare un corpo in essa è necessario che la massa di tale corpo sia inferiore alla densità dell acqua stessa; se così non fosse, il corpo affonderà. Ma cosa succede se decidiamo di variare la densità dell acqua? E con quale sostanza possiamo variarla? Il cloruro di sodio si presta perfettamente a questo esperimento. Infatti aggiungendo del normalissimo sale da cucina all acqua, la densità di quest ultima non sarà più quella canonica, bensì aumenterà e più sale misceliamo nell acqua, più essa aumenterà in modo direttamente proporzionale. A questo punto prendiamo di nuovo la sfera piccola con le biglie all interno (usata nella I parte dell esperimento), della quale conosciamo già la sua massa, e aumentiamola leggermente riaprendola e inserendo un altra biglia. Nella I parte dell esperimento essa aveva una massa pari a 110 g, ora è di 132 g. (Vedi fig.: 1b) (fig.: 1b) e poniamola dentro un becher graduato (vedi fig.: 2b) (fig.: 2b) Ora riempiamo il becher con acqua ancora, per il momento, senza sale fino alla completa immersione della sfera, stando bene attenti a non farla galleggiare. (vedi fig.: 3b)

6 (fig.: 3b) Successivamente facciamo lentamente cadere a pioggia dentro quest acqua una manciata di sale fino, prestando attenzione affinché la sfera non venga toccata (vedi fig.: 4b) (fig.: 4b) Attendiamo pochi minuti che l acqua ritorni trasparente e renda visibile la sfera all interno, la quale si dovrebbe essere minimamente sollevata dal fondo del becher. L esito di questo esperimento è stato, nel contesto del nostro laboratorio, un insuccesso. Riteniamo che esso non sia riuscito per due principali motivi: Probabilmente la sfera era troppo pesante fin dall inizio. I 132g della sua massa erano troppi. Infatti per cercare di far riuscire l esperimento abbiamo ridotto la massa della sfera portandola a 120g (vedi fig.:5b) (fig.: 5b) e così abbiamo ripetuto tutte le fasi. Ecco che ora l esperimento ha dato esito positivo, come dimostra la fig.: 6b (fig.: 6b) La seconda ipotesi dell insuccesso è che avremmo potuto mantenere la stessa massa della sfera i 132 g ma avremmo dovuto aumentare la quantità di cloruro di sodio nell acqua, così la densità dell acqua

7 sarebbe stata maggiore e la sfera si sarebbe sollevata dal fondo del suo contenitore. Quest ultima ipotesi era però per noi impossibile da provare, in quanto non avevamo a disposizione una quantità tale di cloruro di sodio da permettere tale esperimento di prova. È a nostro avviso, inoltre, importante affermare che l acqua utilizzata per miscelare il sale deve restare a temperatura ambiente, o ancor meglio fredda, di pochi gradi C sopra lo zero, in quanto la sua densità è maggiore a queste temperature rispetto a quanto lo sarebbe a temperature molto calde o vicine all ebollizione. Con acqua calda, infatti, il sale si scioglierebbe molto più velocemente di quanto farebbe nel caso opposto, ma al contempo avremmo bisogno di una quantità di sale ancora più grande per far sollevare la sfera di quella che utilizzeremmo se l acqua fosse fredda. Relazione a cura di : Luna Piras, Barbara Monti, Debora Cocco, Giovanna Grini, Michela Pisu, Stefania Mastio, Laura Pisu.