Esperimenti scientifici per bambini – palloncini a elio e legge di Archimede.
Il principio di Archimede afferma che “ogni corpo immerso parzialmente o completamente in un fluido (liquido o gas) riceve una spinta verticale dal basso verso l’alto, uguale per intensità al peso del volume del fluido spostato”.
L’esclamazione “Eureka!” che usiamo per dire che abbiamo avuto una buona idea, è tradizionalmente attribuita ad Archimede. Si narra infatti che egli abbia proprio gridato “Eureka!” quando, entrando in una vasca da bagno e notando che il livello dell’acqua era salito, capì che il volume di acqua spostata doveva essere uguale al volume della parte del suo corpo immersa. Con questo “Eureka!” che in greco antico significa “Ho trovato!”, Archimede intendeva dire che aveva trovato la soluzione al problema che gli aveva posto il principe di Siracusa Gerone II.
Gerone aveva commissionato a un orefice una corona, e gli aveva consegnato l’oro necessario per realizzarla. Ricevuta la corona finita, però, gli venne il sospetto che l’orefice lo avesse imbrogliato: la corona pesava esattamente quanto l’oro fornito, è vero, ma Gerone pensava che l’artigiano avesse sostituito parte dell’oro con un uguale peso di un metallo meno prezioso. Chiese così ad Archimede se esistesse un metodo per valutare la purezza di un oggetto d’oro.
Basandosi sull’intuizione avuta nella vasca da bagno, Archimede cominciò a ragionare: due materiali diversi, ad esempio un chilo di ferro e un chilo di legno, hanno lo stesso peso ma occupano volumi diversi. Se hanno volumi diversi, questo significa che ricevono spinte diverse se immersi nell’acqua, e queste spinte dipenderanno esclusivamente dal volume del materiale e non dal suo peso. In particolare, siccome l’oro è molto più pesante dei metalli meno nobili, una corona d’oro puro avrà un volume minore di una che contiene anche altri metalli.
Cosa fece dunque Archimede? Appese la corona ad un braccio della bilancia, e all’altro un lingotto d’oro puro con peso pari a quello della corona, e la bilancia risultò ovviamente in equilibrio. La bilancia venne poi immersa in acqua. La corona, che in effetti era in parte composta da metallo più vile (di uguale peso ma maggior volume) aveva un volume maggiore del lingotto d’oro puro, per questo riceveva una spinta verso l’alto maggiore e la bilancia si spostò dalla parte dell’oro denunciando la frode.
La legge di Archimede non riguarda solo il caso di un corpo immerso in un liquido (oro e acqua), ma anche il caso di un corpo immerso in un gas.
Come sappiamo il metodo scientifico richiede:
– osservazione
– ipotesi
– sperimentazione e raccolta dei dati
– conclusione.
Useremo il metodo scientifico per una serie di casi che riguardano il principio di Archimede applicato ai gas.
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Primo esperimento
Materiali:
– bombola di elio
– due palloncini della stessa dimensione
– due pezzi di filo
Esperimento:
– gonfiamo un palloncino con elio e uno con aria
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