Principio di Archimede e sua dimostrazione

Pesando con cura un pezzo di legno e poi immergendolo in un cilindro di vetro graduato contenente acqua si osserva che il legno galleggia, cioè una parte di esso resta immersa nell’acqua e l’altra rimane fuori. La parte immersa sposta l’acqua, il cui livello nel cilindro sale di un tratto (facilmente misurabile mediante la graduazione) e permette di determinare il volume del liquido spostato dal legno, che è pari al volume della massa immersa.
Poiché il peso specifico dell’acqua è 1 g/cm3, il volume dell’acqua spostata in cm3 coincide numericamente con il peso in grammi. Si può quindi affermare che ogni corpo immerso in un liquido riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al peso del volume del liquido spostato. Questo è il principio di Archimede, celebre scienziato di Siracusa (287-212 a.C.).
Il principio di Archimede vale per tutti i corpi, anche per quelli che non galleggiano nel fluido; essi, infatti, diventano più leggeri, in quanto sono sempre soggetti alla spinta dal basso.
Per il principio di Archimede, ogni corpo che ha peso specifico superiore al liquido in cui è immerso, affonda; in caso contrario, galleggia. Così, per esempio, la nave, il sommergibile, ecc., galleggiano o affondano a seconda che il loro peso è minore o maggiore del peso dell’acqua spostata.
Con un semplice esperimento si può dimostrare che, variando il peso di un corpo, lo si fa discendere, rimanere sospeso o risalire nei liquidi:
Prendi una bottiglietta di vetro, riempila d’acqua, introduci un contagocce capovolto; copri quindi con una membrana elastica, per esempio un pezzo di gomma, e legalo con dello spago.
Osserva che se premi fortemente sulla membrana di gomma, l’acqua entra nel contagocce (comprimendo l’aria interna) e il contagocce, divenuto più pesante, affonda. Se invece diminuisci la pressione sulla membrana, l’aria compressa nel contagocce scaccia l'acqua che vi era entrata e il contagocce, divenuto più leggero, sale a galla. È questo il noto esperimento dello ludione o del diavoletto di Cartesio, che spiega anche come funziona la vescica natatoria dei pesci.
N.B. Il principio di Archimede è valido anche per i corpi immersi nei gas, in particolare nell’aria. Il peso specifico di quest’ultima è molto piccolo rispetto a quello dei liquidi e la spinta di Archimede che ne deriva è quindi assai minore. Tuttavia i palloni-sonda, i dirigibili, gli stessi palloncini colorati lasciati liberi, si innalzano nell’atmosfera perché sono gonfiati con elio o con idrogeno, gas più leggeri dell’aria; così il peso dell’aria spostata supera il loro peso.