GIOCHIAMO CON LA FISICA b. Proa a interpretare i numeri che esprimono le misure del peso e del olume di ciascun oggetto a partire dal atto che esso galleggi oppure no. Esempio: la mela galleggia e il alore del suo peso è minore del alore del suo olume. La patata La carota L uoo Il pezzo di legno Il chiodo La gomma La candela Il tappo La pomice Il sasso La paglietta Da questa serie di esperienze hai scoperto che: per tutti gli oggetti che galleggiano il numero (espresso in g) che esprime è di quello in cm 3 che esprime ; iceersa, per tutti gli oggetti che aondano Questo uol dire che se per ogni oggetto diidi il peso per il olume, otterrai un numero minore di 1 per tutti gli oggetti che galleggiano e un numero maggiore di 1 per tutti gli oggetti che aondano. Questo numero rappresenta il peso speciico di ogni sostanza. ase 4 Formalizziamo la regola per stare a galla Esplora Il peso speciico dell acqua materiale ó Una bottiglia di acqua da mezzo litro ó Una bottiglia identica, ma uota ó Una bilancia da cucina procedimento La bottiglia contiene 0,5 l (cioè 500 ml, o 500 cm 3 ); questo è il olume dell acqua contenuto nella bottiglia. Determina il peso del olume di acqua: Calcola il peso di 1 cm 3 di acqua: Controlla i risultati con quelli dei tuoi compagni. Il alore che hai troato si chiama peso speciico dell acqua: è il peso di un olume unitario (1 cm 3 ) di acqua. Si scrie 1 g/cm 3 e si legge un grammo per ogni centimetro cubo o, più breemente, un grammo al centimetro cubo. È chiaro che se 500 ml di acqua pesano 500 g, lo stesso olume (500 cm 3 ) di un altro materiale arà peso dierso e quindi dierso peso speciico. 66 Linea Scienze - Scienze Block Garzanti Scuola @ De Agostini Scuola SpA Noara
2 È tutto un gioco di orze riletti e rispondi Qual è il peso speciico della mela? Della carota? Della gomma? Della patata? La tabella di p. 65, nella colonna peso : olume, ornisce quindi il alore del peso speciico di quegli oggetti? Quale sarà allora la regola del galleggiamento? Se il peso speciico di un oggetto è maggiore di quello dell acqua (1 cm 3 ), l oggetto iceersa, se Mettiti alla proa Ó1 Che cosa accade quando immergi un corpo in acqua? Ó2 Quali sono le proprietà di un corpo che inluenzano la sua possibilità di galleggiare o andare a ondo? Ó3 In un recipiente con dell acqua immergo 8 cubetti di metallo, che aondano; il liello dell acqua si innalza di 6 cm. Se immergo 16 cubetti uguali ai precedenti, di quanto si innalza il liello dell acqua? Ó4 Analizza la seguente tabella e completala, ipotizzando di immergere gli oggetti in acqua. Oggetto Peso Volume p.s. Aonda Galleggia (g) (cm 3 ) (g/cm 3 ) sì/no sì/no Soldatino 22 12 Penna 6 8 Gessetto 5 2 Pallina ping pong 3 25 Squadra 46 40 Ó5 Un pezzo di legno di abete pesa 93,75 g e ha un olume di 125 cm 3. Galleggerà o aonderà? Spiega la tua risposta. Linea Scienze - Scienze Block Garzanti Scuola @ De Agostini Scuola SpA Noara 67
2 D Galleggiare: un gioco di orze ase 1 Alla scoperta di un gioco di orze GIOCHIAMO CON LA FISICA Esplora Continuiamo a usare le unità di misura con le quali sono tarati gli strumenti di uso comune nei laboratori, pur consapeoli che, per le orze, l unità di misura più corretta è oggi il newton. Immergiamo un oggetto materiale ó Un cilindro graduato ó Un alzata di metallo ó Acqua ó Un dinamometro ó Un oggetto procedimento a. Attacca all alzata di metallo il dinamometro, appendi l oggetto e determina il suo peso. P = b. Immergi l oggetto appeso al dinamometro nell acqua contenuta nel cilindro. Che cosa osseri? Il peso dell oggetto è ariato? Se sì, è aumentato o diminuito? Di quanto è ariato? Perché? Ricordandoti che il peso è una orza, scegli tra le dierse situazioni qui schematizzate quella che secondo te può rappresentare graicamente la situazione che si è creata. Hai scoperto che un corpo immerso in un luido ha un peso minore, poiché su di esso agiscono due orze: il suo peso, che lo spinge erso il basso, e una spinta che lo sposta erso l alto. Tale orza è la spinta idrostatica, o spinta di Archimede: S (spinta idrostatica) = peso reale peso del corpo immerso (peso apparente) 68 Linea Scienze - Scienze Block Garzanti Scuola @ De Agostini Scuola SpA Noara
2 È tutto un gioco di orze ase 2 Scopriamo le grandezze che inluiscono sulla spinta di Archimede Esplora Il tipo di luido inluisce sulla spinta di Archimede? materiale ó Alcol ó Quattro proette uguali con tappo ó Acqua ó Un po di pallini da caccia ó Sale ó Quattro cilindri graduati da 500 ml (= 500 cm 3 ) ó Olio procedimento Formate piccoli gruppi di laoro. Preparate 400 ml di acqua salata molto concentrata. Chiamate i quattro cilindri A, B, C e D. Nel cilindro A ersate 400 ml di acqua, nel B 400 ml di alcol, nel C 400 ml di acqua salata e nel D 400 ml di olio. Preparate le 4 proette mettendo in ciascuna una uguale quantità di pallini da caccia. (Attenzione a porre un numero di pallini tale da ar galleggiare le proette e non arle aondare.) ossera e analizza a. Illustra con un disegno e descrii il comportamento del sistema proetta-aria-piombo nei quattro cilindri. Cilindro A: Cilindro B: Cilindro C: Cilindro D: b. Completa la seguente tabella. Cilindro Misura della parte Misura della parte Aumento del emersa della proetta immersa della proetta liello del liquido (cm) (cm) (ml o cm 3 ) A B C D Linea Scienze - Scienze Block Garzanti Scuola @ De Agostini Scuola SpA Noara 69
GIOCHIAMO CON LA FISICA Cilindro Acqua Alcol Olio Colore Odore Massa Volume ó Come aria la misura della parte emersa al ariare del tipo di luido? ó Come aria la misura della parte immersa al ariare del tipo di luido? ó Come aria il liello del luido nei quattro cilindri? ó Qual è la causa dell innalzamento del liello dell acqua? ó Qual è l elemento che determina il dierso comportamento? Elemento Sì/No Perché? Numero dei pallini Volume del liquido contenuto nel cilindro Volume della proetta Tipo di liquido Forza-peso del sistema proetta-aria-pallini c. Determina: ó il peso reale della proetta; ó il peso apparente della proetta immersa nei quattro cilindri; ó la spinta. Fluido Peso Peso apparente dell oggetto Spinta Acqua salata Con questa nuoa osserazione puoi conermare che il tipo di luido inluisce sulla spinta? Quale proprietà di un luido inluisce sulla spinta? Proprietà Sì/No Perché? Peso speciico Hai eriicato che, mantenendo costanti il peso e il olume dell oggetto, l elemento che determina il dierso galleggiamento è e l aumento del olume del luido contenuto nel cilindro corrisponde al 70 Linea Scienze - Scienze Block Garzanti Scuola @ De Agostini Scuola SpA Noara
Esplora Esplora Il peso dell oggetto inluisce sulla spinta di Archimede? 2 È tutto un gioco di orze materiale ó Un cilindro graduato ó Acqua ó Tre proette con tappo ó Un alzata di metallo ó Un dinamometro ó Un po di pallini da caccia procedimento Prepara tre proette uguali con un numero dierso di pallini. Attacca all alzata di metallo il dinamometro, appendi la prima proetta e determina il suo peso; immergi la proetta nell acqua contenuta nel cilindro e determina il peso apparente. Ripeti le operazioni per le tre proette e compila la seguente tabella. Peso Peso apparente Spinta ossera e riletti ó Che cosa osseri analizzando il alore della spinta? ó La spinta di Archimede dipende dal peso dell oggetto? Il olume dell oggetto inluisce sulla spinta di Archimede? materiale ó Un cilindro graduato ó Un dinamometro ó Un alzata di metallo ó Tre oggetti dello stesso peso ma di olume ó Acqua dierso procedimento Determina, sperimentalmente, il olume e il peso apparente in acqua dei tre oggetti (A, B e C) e completa la seguente tabella. Oggetto Peso reale (costante) Peso apparente Spinta Volume A B C ossera e riletti a. Analizza i alori della spinta e quelli del olume. Che cosa osseri? b. Inserisci nel quaderno un oglio di carta millimetrata. Rappresenta graicamente i dati del olume e della spinta su un piano cartesiano, riportando la misura del olume sull asse x e quella della spinta sull asse y. c. Puoi concludere che tra il olume e la spinta esiste una relazione di proporzionalità diretta? Perché? A conclusione di questa serie di proe puoi aermare che: un corpo immerso in un luido ricee una spinta dal basso erso l alto che dipende dal olume del corpo e dal peso speciico del luido. Linea Scienze - Scienze Block Garzanti Scuola @ De Agostini Scuola SpA Noara 71
GIOCHIAMO CON LA FISICA ase 3 Determiniamo la spinta di Archimede Ossera e analizza Ricerca il peso speciico dell acqua, dell olio, dell alcol, dell acqua salata preparata dal tuo gruppo (ricordati che peso speciico = P / V) e riportali nelle tabelle. Raccogli i dati come nell esperienza precedente e completa una tabella per ciascuno dei tre oggetti (A, B e C) considerati immersi in ciascun luido. Oggetto A: Fluido Peso Spinta di Volume P. s. V (oggetto) apparente Archimede oggetto luido p. s. (luido) = (g) (g) (cm 3 ) (g/cm 3 ) (g) Alcol Olio Acqua Acqua salata Oggetto B: Fluido Peso Spinta di Volume P. s. V (oggetto) apparente Archimede oggetto luido p. s. (luido) = (g) (g) (cm 3 ) (g/cm 3 ) (g) Alcol Olio Acqua Acqua salata Oggetto C: Fluido Peso Spinta di Volume P. s. V (oggetto) apparente Archimede oggetto luido p. s. (luido) = (g) (g) (cm 3 ) (g/cm 3 ) (g) Alcol Olio Acqua Acqua salata Ossera e conronta i dati contenuti in ciascuna tabella. Che cosa puoi eidenziare? 72 Linea Scienze - Scienze Block Garzanti Scuola @ De Agostini Scuola SpA Noara
2 È tutto un gioco di orze riletti e rispondi Ó1 Stabilisci se le seguenti aermazioni sono ere (V) o alse (F). a. La spinta di Archimede è una orza. b. La spinta di Archimede è una orza opposta alla orza-peso del corpo. c. Un corpo immerso a aumentare il liello del luido. d. Un corpo immerso in un luido sposta una quantità di luido minore del suo olume. e. Un corpo immerso in un luido sposta una quantità di luido pari al suo olume.. La orza-peso di un corpo è uguale a olume (corpo) p.s. (materiale). g. La spinta di Archimede è uguale a olume (luido nel cilindro) p.s. (luido). h. La spinta di Archimede è uguale a olume (luido spostato dal corpo immerso) p.s. (luido). i. La spinta di Archimede è uguale a: peso reale corpo peso apparente. Ó2 Conronta le tue risposte con quelle dei tuoi compagni e aprite una discussione con il ostro insegnante. Scrii qui sotto o su un oglio che allegherai a questo quaderno i concetti più importanti emersi dalla discussione. Alla ine di questo percorso puoi riassumere quanto segue. a. Il peso di un corpo si calcola nel modo seguente: P = b. Un corpo immerso in un luido galleggia se c. Un corpo immerso in un liquido ricee d. Il peso apparente di un corpo è e. La spinta di Archimede dipende da. La spinta di Archimede si calcola g. A parità di olume del corpo la spinta è maggiore se h. Maggiore è il olume del corpo ricorda Un corpo immerso in un luido ricee una spinta dal basso erso l alto uguale al peso del luido spostato (principio di Archimede). In base a questo ondamentale principio possiamo eriicare tre situazioni. 1. Situazione A: P < S. 2. Situazione B: P = S. 3. Situazione C: P > S. Linea Scienze - Scienze Block Garzanti Scuola @ De Agostini Scuola SpA Noara 73
Mettiti alla proa GIOCHIAMO CON LA FISICA Ó1 Completa la seguente tabella e rappresenta graicamente la orza-peso e la spinta, utilizzando come unità 1 quadretto = 5 g e considerando gli oggetti immersi in acqua. 1 ciliegia 1 matita 1 pallina Peso (g) 11 6,4 55 Volume (cm 3 ) 10 9 35 Spinta (g) Galleggia? Se dei tre oggetti conoscei il loro peso speciico al posto del peso, potei ugualmente completare la tabella? Perché? Ó2 Immagina di essere in laboratorio e di eseguire le seguenti attiità. a. Rilei la orza-peso di un oggetto con il dinamometro e ottieni 140 g; rilei poi la orzapeso dello stesso oggetto completamente immerso in acqua: il dinamometro segna 90 g. A che cos è douta la diminuzione della orza-peso? b. Rilei la orza-peso dell oggetto completamente immerso in un liquido dierso dall acqua: il dinamometro segna 77,5 g. Dai dati ottenuti puoi: ó ricaare il peso speciico del materiale di cui è costituito l oggetto? Perché? ó ricaare il peso speciico del liquido dierso dall acqua? Perché? Ó3 Perché un chiodo di metallo, del peso di pochi grammi, non riesce a galleggiare in acqua, mentre può arlo un grosso tronco di albero che pesa centinaia di chilogrammi? Ó4 Quattro piastrine metalliche (A, B, C e D) con la stessa orma, grandezza, spessore, hanno pesi speciici diersi legati dalla relazione: p. s. (A) < p. s. (C) < p. s. (D) < p. s. (B). a. Quale delle quattro piastrine, immerse in acqua, ricee una maggiore spinta? Giustiica la tua risposta. b. Quale delle quattro piastrine ha peso maggiore? Quale ha peso minore? Giustiica la tua risposta. c. Se una piastrina ha un olume di 10 cm 3, quanto pesa? d. Se la piastrina iene immersa in alcol (p. s. = 0,80), arà lo stesso peso? Giustiica la tua risposta. 74 Linea Scienze - Scienze Block Garzanti Scuola @ De Agostini Scuola SpA Noara