I materiali d'insignamentu di u dirittu d'Archimede sò custituiti da cumpetenze basiche è indicatori di rendimentu di e cumpetenze, materiali d'apprendimentu, esempi di dumande, dumande pratiche è test furmativi.
A. Cumpetenze di Base
3.1 Applicazione di e lege di i fluidi statichi in a vita di tutti i ghjorni
4.1 Cuncepimentu è realizazione di sperimenti chì utilizanu e proprietà di i fluidi statichi, cumpresa una presentazione di i risultati sperimentali è a so utilizzazione.
B. Indicatori di raggiungimentu di cumpetenze
1. Ricurdà (C1), capisce (C2), applicà (C3), analizà (C4) è cunclude (C5) u cuncettu di galleggiabilità, a lege d'Archimede è u cuncettu di fluttuà, stà in suspensu, affundassi
2. Risolve (C4) è curregge (C6) e dumande nantu à a galleggiabilità è a lege d'Archimede
3. Fate esperimenti (P2) nantu à a lege d'Archimede
4. Mustrate (P3) è determinate (P5) a forza di galleggiamentu è a lege d'Archimede
LEGGE D'ARCHIMEDE
I. INTRODUZIONE
Site mai statu nant'à una nave ? Una nave cù una massa assai grande ùn affonda micca, mentre una piccula roccia ligera pò. Perchè hè cusì ?
Sapete ciò chì hè l'imagine à manca ? Un sottumarinu hè una nave chì pò galleggià nantu à a superficia di u mare è ancu immergesi sott'acqua. Cumu galleggia è si immerge un sottumarinu ?
Chì vedi in l'imagine à diritta ? I palloni aerostatici ponu vulà à alta quota. Perchè i palloni aerostatici volanu, è cumu si face vulà un pallone aerostaticu ?
I navi ponu flottà nantu à a superficia di u mare è immergesi sott'acqua, cum'è i palloni ponu flottà in l'atmosfera, vale à dì l'aria. Per capisce questu, duvete prima capisce a lege d'Archimede . Per capisce a lege d'Archimede, duvete prima capisce u cuncettu di galleggiabilità.
Fonte di l'imagine: Google.com
II. FORZA DI GALLEGGIATURA
Chì si sente più ligeru, una petra alzata in terra o a listessa petra alzata in acqua ? Sè ùn avete mai sperimentatu questu, duvete pruvà per risponde à sta quistione. Hè più pesante alzà una petra in terra, ma a listessa petra hè più ligera alzata in acqua. Questu hè duvutu à a forza di galleggiamentu.
Quandu un oggettu hè immersu in un fluidu, ci serà una differenza di pressione trà u fluidu sopra à l'oggettu è u fluidu sottu. U fluidu sottu à l'oggettu hà una pressione più alta chè u fluidu sopra à l'oggettu. A galleggiabilità si verifica per via di a differenza di pressione di u fluidu à diverse prufundità.
In l'imagine, si vede un oggettu chì fluttua in un liquidu. U liquidu sottu à u fluidu hà una pressione più grande chè u liquidu sopra à l'oggettu, perchè u liquidu sottu à l'oggettu hà una prufundità più grande chè u liquidu sopra à l'oggettu (h2 > h1).
Descrizzione: FA = forza di galleggiamentu, ρ = densità di u liquidu, g = accelerazione dovuta à a gravità, V = vulume di l'ughjettu immersu in u liquidu
Rimpiazzà ρV in a formula di a forza di galleggiamentu cù m in a formula di densità:
Descrizzione: m = massa, g = accelerazione gravitazionale, w = gravità.
Basatu annantu à l'equazione 2, a forza di galleggiamentu (FA ) hè uguale à u pesu (w) di u fluidu spiazzatu. U vulume di u fluidu spiazzatu hè uguale à u vulume di l'ughjettu in u fluidu.
III. A LEGGE D'ARCHIMEDE
Quandu un oggettu hè cumpletamente o parzialmente immersu in un fluidu, u fluidu esercita una forza versu l'altu (galleggiabilità) nantu à l'oggettu, induve a magnitudine di a forza di galleggiabilità hè uguale à u pesu di u fluidu spiazzatu. U vulume di u fluidu spiazzatu hè uguale à u vulume di l'oggettu immersu in u fluidu.
IV. GLUTTÀ, GLUTTÀ, AFFUNDÀ
4.1 FLUTTANDU
Un ughjettu galleggia nantu à a superficia di un fluidu se:
1. A gravità di l'ughjettu hè più chjuca chè a forza di galleggiamentu (w < F A ), o
2. A densità di l'ughjettu hè più chjuca chè a densità di u fluidu ( )
Sè a forza di galleggiamentu hè più grande di a forza di gravità, allora a forza risultante ùn hè micca nulla, secondu e lege di u muvimentu di Newton, l'ughjettu si moverà versu l'altu. Ma in realtà, l'ughjettu hè in riposu nantu à a superficia di u liquidu. Sicondu a prima lege di Newton, sè un ughjettu hè in riposu, allora
ΣFy = 0
F A – w – F a = 0
F A = w + F a
F A = forza di galleggiamento esercitata da u liquidu nantu à l'ughjettu, Fa = spinta atmosferica , w = pesu di l'ughjettu.
4.2 FLUTTANDU
Un ughjettu galleggia nantu à a superficia di un fluidu se:
1. U pesu di l'ughjettu hè listessu chè a forza di galleggiamentu (w = F A ), o
2. A densità di l'ughjettu hè a listessa chè a densità di u fluidu ( )
Sicondu a prima lege di Newton, s'è un ughjettu hè in riposu tandu
Σ F y = 0
F A – w = 0
F A = w
4.3 AFFONDAZIONE
1. A gravità di l'ughjettu hè più grande chè a forza di galleggiamentu (w > F A ), o
2. A densità di l'ughjettu hè più grande chè a densità di u fluidu ( )
Sicondu a prima lege di Newton, s'è un ughjettu hè in riposu tandu
Σ F y = 0
w – F A – N = 0
w = FA + N
F A = forza di galleggiamento esercitata da u liquidu nantu à l'ughjettu, N = forza nurmale esercitata da a basa nantu à l'ughjettu , w = gravità di l'ughjettu.
Perchè e navi galleggianu ?
Dopu avè studiatu a descrizzione sopra, avà pruvate à risponde à a quistione, perchè una nave cù una grande massa ùn affonda micca mentre a rena ligera affonda in mare? A rena affonda perchè a densità di a rena hè più grande di a densità di l'acqua di mare. Mentre a nave, ancu s'ella hè cumposta di ferru chì hà una densità più grande di a densità di l'acqua di mare (a densità di u ferru hè 7874 kg/m3 , a densità di l'acqua di mare hè 1025 kg/m3 ) , u vulume di a nave hè assai grande cusì chì a densità di a nave, se calculata cù a formula di densità ρ = m/V, u valore hè più chjucu di a densità di l'acqua di mare.
Sè usemu u cuncettu di galleggiabilità è gravità, e navi galleggianu perchè a galleggiabilità hè più grande di a gravità di a nave.
Cumu si immergenu i sottumarini
Per ch'ellu possi flottà, a densità di un sottumarinu deve esse più chjuca chè a densità di l'acqua di mare, in listessu modu, un sottumarinu pò immergesi s'è a so densità hè più grande o uguale à a densità di l'acqua di mare. U vulume di un sottumarinu hè u listessu, dunque per ch'ellu si immerga è flottà, a densità di u sottumarinu pò esse cambiata mettendu acqua è aria in i serbatoi di zavorra. Sè vo vulete immergesi, l'acqua hè messa in un serbatoiu di zavorra è sè vo vulete flottà à a superficia, l'acqua hè cacciata da u serbatoiu è l'aria hè messa in u serbatoiu.
Usendu u cuncettu di galleggiabilità è gravità, un sottumarinu pò galleggià se a forza di galleggiabilità hè più grande di a gravità di u sottumarinu. Un sottumarinu pò immergesi se a gravità di a nave hè più grande di a forza di galleggiabilità esercitata da l'acqua di mare nantu à u sottumarinu.
Perchè è cumu i palloni aerostatici ponu vulà
I palloncini volanu in aria perchè in l'internu di u palloncino ci hè gasu chì hà una densità più chjuca chè a densità di l'aria intornu à ellu. Da l'altra parte, se a densità di u gasu in l'internu di u palloncino hè a listessa chè a densità di l'aria intornu à ellu, u palloncino casca in terra è ùn vola micca in un locu altu.
Usendu u cuncettu di galleggiabilità, una mongolfiera si alza perchè a forza di galleggiabilità hè più grande di a gravità di a mongolfiera. A mongolfiera cade in terra quandu a gravità di a mongolfiera hè più grande di a forza di galleggiabilità esercitata da l'aria nantu à a mongolfiera.
V. ESEMPI DI DUMANDE
5.1. U pesu di a carica in aria hè 5 N, u pesu di a carica quandu hè misurata in liquidu hè 4 N. Quantu hè grande a forza di galleggiamentu ?
Discussione
Hè cunnisciutu:
Pesu di u caricu in aria (w) = 5 N
Pesu di a carica in acqua (w F ) = 4 N
Dumandatu: Forza di galleggiamentu ( FA )
Risposta:
Quandu si misura in un liquidu, una parte di u pesu di a carica hè persa per via di a forza di galleggiamento. A magnitudine di a forza di galleggiamento = a differenza trà u pesu di a carica in aria è u pesu di a carica in u liquidu.
FA = 5 – 4 = 1 Newton
5.2. Un cuntinadore pienu d'acqua, una petra hè inserita in modu chì una parte di l'acqua si versa. U vulume di l'acqua versata hè 0,1 m3 . Densità di l'acqua = 1000 kg / m3 , Accelerazione di gravità 10 m/s2 . Quanta forza di galleggiamento esercita l'acqua nantu à a petra ?
Discussione
Hè cunnisciutu:
Volume d'acqua versata (V) = 0,1 m³
Densità di l'acqua ( ρ ) = 1000 kg/ m³
Accelerazione di gravità (g) = 10 m/ s²
Dumandatu: Forza di galleggiamentu ( FA )
Risposta:
F A = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. Quandu un ughjettu hè piazzatu in un cuntinadore pienu d'acqua di mare, una parte di l'acqua di mare si sparghje finu à 0,2 m3 . A densità di l'acqua di mare = 1025 kg/m3 . L'accelerazione dovuta à a gravità hè 10 m/s2 . Calcula u pesu di l'acqua di mare spiazzata/versata.
Discussione
Hè cunnisciutu:
Volume (V) = 0,2 m³
A densità di l'acqua di mare (ρ) = 1025 kg/ m³.
Accelerazione di gravità (g) = 10 m/ s²
Dumandatu: Pesu di l'acqua di mare spostata / versata
Risposta:
A lege d'Archimede dice chì a magnitudine di a forza di galleggiamentu = u pesu di l'acqua di mare spiazzata/versata
F A = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. Un metallu pesa 100 N quandu hè misuratu in aria è 80 N quandu hè misuratu in acqua. Chì ghjè u vulume di u metallu ? Densità di l'acqua = 1000 kg/m3 , accelerazione di gravità = 10 m/ s2.
Discussione
Hè cunnisciutu:
Pesu in aria (w) = 100 N
Pesu in acqua (w f ) = 80 N
Densità di l'acqua ( ρ) = 1000 kg/ m³
Accelerazione di gravità (g) = 10 m/ s²
Dumandatu: Volume di metallu
Risposta:
FA = 100 – 80 = 20 N
F A = ρ g V
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. Un ughjettu chì pesa 20 N hè piazzatu in un liquidu. Sè a forza di galleggiamentu hè 30 N, l'ughjettu affonda, galleggia o galleggia ?
Discussione
A forza di galleggiamento hè più grande chè u pesu di l'ughjettu, F A > w, dunque l'ughjettu galleggia.
Un ughjettu affonda se a forza di galleggiamentu hè inferiore à u pesu di l'ughjettu (F A < w)
VI. DUMANDE DI PRATICA È RISPOSTE CHIAVE
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. DUMANDE DI TEST FORMATIVE
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
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