"Oasis of the Seas" è la nave da crociera più grande del mondo con una massa di 100.000 tonnellate, eppure galleggia. I progettisti navali utilizzano il principio di Archimede, che afferma che per galleggiare una barca deve spostare un uguale volume di acqua in più rispetto al proprio peso. Questo complesso concetto è reso più accessibile agli studenti attraverso l'uso di dimostrazioni ed esperimenti interessanti come quelli descritti di seguito.
Come tutto è cominciato
Nell'antica Grecia, il re Gerone II fece realizzare una corona da un orafo locale. Dubitava che fosse oro puro, così diede al filosofo-scienziato Archimede il compito di scoprirlo. Archimede entrò in un bagno caldo e vide l'acqua fuoriuscire dal lato mentre affondava nella vasca e si rese conto che l'acqua spostata era uguale al volume del suo corpo.
“Eureka!” esclamò quando decise che poteva usare questa tecnica di spostamento per calcolare il volume e la densità della corona. Il suo test ha dimostrato che la densità della corona era inferiore all'oro, quindi la corona non era oro puro.
Palla contro scafo
Alla domanda sul perché un cilindro di alluminio affonda, uno studente potrebbe rispondere erroneamente: "Perché pesa di più".
Dai agli studenti due fogli di alluminio da 5 pollici per 5 pollici. Trova la massa di entrambi. Chiedi agli studenti di schiacciare un quadrato di carta stagnola in una palla stretta, lasciarla cadere nell'acqua e guardarla affondare. Sperimenta con il secondo quadrato finché non trovi un modo per far galleggiare l'alluminio.
Quando l'alluminio ha la forma di una barca, galleggia perché il volume è notevolmente aumentato mentre la massa è rimasta la stessa. Lo scafo della barca si riempie d'aria, aumentando il volume senza aggiungere peso significativo. La barca galleggerà se la sua massa è inferiore all'acqua che sposta. Con uno scafo cavo, la barca sposterà più acqua della palla.
Palloncino di elio in bilico
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La forza di gravità dipende dalla massa dell'oggetto per trascinarlo verso il basso attraverso un fluido. Quando l'oggetto inizia ad affondare, la forza di galleggiamento agisce per spingere l'oggetto verso l'alto. Se la forza gravitazionale è maggiore della forza di galleggiamento, l'oggetto affonderà. I palloncini di elio fluttuano nell'aria perché la massa dell'aria che spostano è maggiore della massa dell'elio e del pallone.
Lega un nastro a un pallone ad elio e galleggerà perché la forza di galleggiamento è maggiore della forza gravitazionale. Aumentare la forza di gravità aumentando il peso. Lega i salatini al nastro, aumentando il peso finché il palloncino non affonda. Ora sgranocchiare piccoli pezzi di pretzel fino a quando il palloncino inizia lentamente a salire. Se riesci a far "librare" il pallone, la forza gravitazionale è uguale alla forza di galleggiamento.
Esperimenti di Archimede
Utilizzando il principio di Archimede, gli studenti possono determinare se un oggetto affonderà o galleggerà in fluidi diversi.
Preparare un bicchiere trasparente con acqua tiepida. Aggiungi un chicco d'uva e affonderà. Aggiungere il sale al bicchiere e l'uva inizia a galleggiare. Ricorda il principio di Archimede: se un oggetto pesa più del suo stesso volume in fluido, affonderà. L'aggiunta di sale all'acqua aumenterà la massa per unità di volume finché non sarà uguale o più densa dell'uva. A questo punto l'uva galleggerà.
Puoi anche invitare gli studenti a trovare idee intelligenti su oggetti di forma strana che possono o meno galleggiare e descrivere come potrebbero essere usati.