Concetti Chiave
- Un oggetto immerso in un liquido o gas subisce forze di pressione idrostatica che variano con la profondità.
- La differenza di pressione tra la parte superiore e inferiore dell'oggetto genera una spinta verso l'alto, nota come spinta idrostatica.
- La spinta idrostatica è calcolata come la differenza tra le forze esercitate sulle due estremità del corpo.
- Il principio di Archimede stabilisce che la spinta è equivalente al peso del fluido spostato dall'oggetto immerso.
- La spinta idrostatica è proporzionale alla densità del fluido, legata al peso specifico del fluido stesso.
Forze su un corpo immerso
Consideriamo un oggetto immerso in un qualsiasi liquido o gas. Su questo corpo agiscono varie forze.
Dai lati il corpo è compresso dalla pressione idrostatica, ma Invece sulla parte inferiore del corpo la pressione è maggiore di quella superiore, perché le due parti si trovano ad una profondità diversa (Immaginate un cubo di lato 3 cm immerso in un contenitore di 10 cm di altezza, immerso tra 3 e 6 cm). Ora consideriamo la sezione S del corpo, regolare, le forze esercitate sulla parte superiore e su quella inferiore valgono rispettivamente:
F1 = Sp1 = Sh1γfluido F2 = Sh2γfluido
Dove p = pressione, γ = peso specifico del fluido; esse hanno direzione verticale e verso opposto.
Sappiamo anche che F2 > F1 (Per la diversa profondità); la loro risultante è una spinta verso l’alto, che si chiama spinta idrostatica, la cui intensità s vale:
s = F2 – F1 = S(h2 – h1)γfluido
Qui (h2 – h1) corrisponde all’altezza dell’oggetto, quindi S(h2 – h1) è il volume V dell’oggetto e infine S(h2 – h1)g = Vγfluido è il peso di un volume di un fluido uguale al peso dell’oggetto immerso. Da ciò si ricava il principio di Archimede:
Questa spinta è chiamata spinta idrostatica o spinta di Archimede.
La spinta che il corpo riceve è direttamente proporzionale alla densità del fluido, perché il peso specifico è il prodotto ρ • g.
Domande da interrogazione
- Qual è la causa principale della spinta idrostatica su un corpo immerso in un fluido?
- Come si calcola l'intensità della spinta idrostatica?
- Qual è il principio di Archimede e come si collega alla spinta idrostatica?
La spinta idrostatica è causata dalla differenza di pressione tra la parte superiore e quella inferiore del corpo, dovuta alla diversa profondità in cui si trovano. Questa differenza genera una forza netta verso l'alto, come descritto nel testo.
L'intensità della spinta idrostatica si calcola con la formula s = F2 – F1 = S(h2 – h1)γfluido, dove S è la sezione del corpo, h2 e h1 sono le profondità delle forze F2 e F1, e γfluido è il peso specifico del fluido.
Il principio di Archimede afferma che un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l'alto pari al peso del fluido spostato. Questa spinta è direttamente proporzionale alla densità del fluido, come indicato nel testo.
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