Il diavoletto di Cartesio

Materie:	Appunti
Categoria:	Fisica
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Data:	28.03.2008
Numero di pagine:	7
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Nuoro 26.10.2007 Rosalia Moreddu, IV C
__Liceo Scientifico “Enrico Fermi”__
Relazione di fisica (meccanica)
Esperienza di idraulica
Riferimenti teorici:
Densità→ E’ definita come la massa m di un corpo divisa per il volume V che esso occupa:
p = m/V
Dipende dal materiale con cui il corpo è fatto e dalla sua temperatura. Nel sistema internazionale si misura in kg/m3.
Pressione→ Una forza di modulo F, che agisce in direzione perpendicolare su una superficie di area S, esercita una pressione p data da:
p = F/S
La pressione è una grandezza scalare. Nel Sistema Internazionale si misura in N/m2, unità di misura che si chiama anche pascal (Pa).
Legge di Pascal→ Afferma che la pressione che viene esercitata su una superficie qualsiasi di un liquido si trasmette con la stessa intensità su ogni altra superficie a contatto con il liquido, indipendentemente da come questa è orientata.
Legge di Archimede→ Un corpo immerso in un liquido è soggetto a una forza rivolta verso l’alto (spinta di Archimede) di intensità eguale al peso del liquido spostato. Se indichiamo la densità del liquido con p e il volume spostato con V , la forza è:
FA = pVg
Finalità:
Verificare gli effetti della pressione esercitata all’interno di un liquido.
Eseguiamo tre esperimenti diversi riguardanti lo stesso campo.
1. Il diavoletto di Cartesio
Occorrente:
- tubo di vetro contenente acqua
- pupazzo di gomma a forma di diavoletto
Schema di montaggio ed esecuzione:
Il diavoletto di gomma si trova all’interno del tubo di vetro, il quale all’estremità superiore è chiuso da una membrana elastica. All’inizio dell’esperimento la densità del diavoletto è inferiore a quella dell’acqua nella quale è immerso. Esercitando pressione sulla membrana del tubo, notiamo che questa la trasmette in tutte le direzioni all’acqua facendo si che ogni punto del tubo riceva una spinta perpendicolare verso l’interno. L’aria viene forzata ad entrare nel diavoletto e al suo interno viene compressa. Pertanto il diavoletto, caricandosi di più, sposta meno acqua di prima e ricevendo una spinta idrostatica minore, affonda. Quando si allenta la pressione l’aria nel diavoletto riprende lo spazio originale ed espelle l’acqua che vi era entrata. La spinta idrostatica torna quella di prima e il diavoletto risale. Quindi diminuisce il volume del diavoletto e aumenta la sua densità, ma la massa rimane inalterata.
Conclusioni:
Notiamo che mentre all’inizio la densità del diavoletto era minore rispetto a quella dell’acqua, a seguito della pressione esercitata è diventata maggiore. Un avvenimento simile si verifica nei termometri al cui interno sono presenti palline che salgono e scendono a seconda della temperatura. Inoltre i pesci possiedono un organo che funziona come il diavoletto di Cartesio, la vescica natatoria.
2. Rivelatore di pressione
Occorrente:
- Una membrana impermeabile collegata ad un tubicino;
- un recipiente graduato contenente acqua.
Schema di montaggio ed esecuzione:
La membrana impermeabile è collegata ad un tubicino, inserito su una lastra di ferro graduata in mm. Contiene un liquido violaceo ed è utilizzato per verificare il dislivello dell’acqua. Inseriamo la membrana impermeabile nel recipiente graduato in cm contenente acqua. Il suo livello di equilibrio è di 14 cm, corrispondenti a -45 mm nel tubicino con liquido violaceo. Proviamo a far scendere la membrana impermeabile immergendola sempre più a fondo nell’acqua. Notiamo che l’aumento di pressione dovuto al peso dell’aria esercitato dalla membrana comprima l’aria interna e quindi la colonna di acqua scende creando un grande dislivello verificato anche dal liquido del tubicino. Abbiamo potuto vedere che immergendo la membrana un cm più in basso il dislivello corrisponde a -4,5 mm. Quindi scendendo di 10 cm il dislivello è pari a -90 mm nel tubo. Questo esperimento funziona con qualunque liquido omogeneo, però al variare della sua densità varia il dislivello che si ottiene, quindi i valori che noi abbiamo ottenuto sono validi e verificati solo nel caso dell’acqua.
Conclusioni:
La pressione esercitata dalla membrana comporta l’abbassamento di livello della colonna dell’acqua e un grande dislivello. Questo esperimento è la conferma del fatto che scendendo ogni 10 m dal livello del mare abbiamo un grado di pressione corrispondente ad 1 atm.
3. La bilancia idrostatica
Occorrente:
- Un piano rettore;
- una bilancia a due piatti, molto sensibile;
- alcuni pesi di vario tipo;
- un recipiente contenente acqua.
Schema di montaggio ed esecuzione:
Appendiamo due cilindri (o pesi) ad un piatto della bilancia. Aggiungiamo delle masse all’altro piattello in modo che la bilancia sia in equilibrio. Immergiamo il cilindro appeso all’altro piattello nel contenitore di acqua. A questo punto notiamo che la bilancia modifica l’equilibrio e pende dalla parte opposta a quella dei pesi. Ciò significa che il liquido esercita sul peso una forza diretta verso l’altro pari alle masse-peso del liquido spostato. Quindi togliamo i pesetti dall’altro piattello per ritrovare l’equilibrio.
Conclusione:
L’acqua esercita sul corpo immerso una spinta verso l’alto pari al peso del liquido spostato. Quindi è necessario togliere tutte le masse dall’altro piattello poiché equivalgono complessivamente al peso del cilindro appeso al piatto, in quanto ha ricevuto una spinta pari al suo stesso peso. Ricordiamo che in questo caso l’equilibrio è indipendente dalle masse.
Nuoro 26.10.2007 Rosalia Moreddu, IV C
__Liceo Scientifico “Enrico Fermi”__
Relazione di fisica (meccanica)
Esperienza di idraulica
Riferimenti teorici:
Densità→ E’ definita come la massa m di un corpo divisa per il volume V che esso occupa:
p = m/V
Dipende dal materiale con cui il corpo è fatto e dalla sua temperatura. Nel sistema internazionale si misura in kg/m3.
Pressione→ Una forza di modulo F, che agisce in direzione perpendicolare su una superficie di area S, esercita una pressione p data da:
p = F/S
La pressione è una grandezza scalare. Nel Sistema Internazionale si misura in N/m2, unità di misura che si chiama anche pascal (Pa).
Legge di Pascal→ Afferma che la pressione che viene esercitata su una superficie qualsiasi di un liquido si trasmette con la stessa intensità su ogni altra superficie a contatto con il liquido, indipendentemente da come questa è orientata.
Legge di Archimede→ Un corpo immerso in un liquido è soggetto a una forza rivolta verso l’alto (spinta di Archimede) di intensità eguale al peso del liquido spostato. Se indichiamo la densità del liquido con p e il volume spostato con V , la forza è:
FA = pVg
Finalità:
Verificare gli effetti della pressione esercitata all’interno di un liquido.
Eseguiamo tre esperimenti diversi riguardanti lo stesso campo.
1. Il diavoletto di Cartesio
Occorrente:
- tubo di vetro contenente acqua
- pupazzo di gomma a forma di diavoletto
Schema di montaggio ed esecuzione:
Il diavoletto di gomma si trova all’interno del tubo di vetro, il quale all’estremità superiore è chiuso da una membrana elastica. All’inizio dell’esperimento la densità del diavoletto è inferiore a quella dell’acqua nella quale è immerso. Esercitando pressione sulla membrana del tubo, notiamo che questa la trasmette in tutte le direzioni all’acqua facendo si che ogni punto del tubo riceva una spinta perpendicolare verso l’interno. L’aria viene forzata ad entrare nel diavoletto e al suo interno viene compressa. Pertanto il diavoletto, caricandosi di più, sposta meno acqua di prima e ricevendo una spinta idrostatica minore, affonda. Quando si allenta la pressione l’aria nel diavoletto riprende lo spazio originale ed espelle l’acqua che vi era entrata. La spinta idrostatica torna quella di prima e il diavoletto risale. Quindi diminuisce il volume del diavoletto e aumenta la sua densità, ma la massa rimane inalterata.
Conclusioni:
Notiamo che mentre all’inizio la densità del diavoletto era minore rispetto a quella dell’acqua, a seguito della pressione esercitata è diventata maggiore. Un avvenimento simile si verifica nei termometri al cui interno sono presenti palline che salgono e scendono a seconda della temperatura. Inoltre i pesci possiedono un organo che funziona come il diavoletto di Cartesio, la vescica natatoria.
2. Rivelatore di pressione
Occorrente:
- Una membrana impermeabile collegata ad un tubicino;
- un recipiente graduato contenente acqua.
Schema di montaggio ed esecuzione:
La membrana impermeabile è collegata ad un tubicino, inserito su una lastra di ferro graduata in mm. Contiene un liquido violaceo ed è utilizzato per verificare il dislivello dell’acqua. Inseriamo la membrana impermeabile nel recipiente graduato in cm contenente acqua. Il suo livello di equilibrio è di 14 cm, corrispondenti a -45 mm nel tubicino con liquido violaceo. Proviamo a far scendere la membrana impermeabile immergendola sempre più a fondo nell’acqua. Notiamo che l’aumento di pressione dovuto al peso dell’aria esercitato dalla membrana comprima l’aria interna e quindi la colonna di acqua scende creando un grande dislivello verificato anche dal liquido del tubicino. Abbiamo potuto vedere che immergendo la membrana un cm più in basso il dislivello corrisponde a -4,5 mm. Quindi scendendo di 10 cm il dislivello è pari a -90 mm nel tubo. Questo esperimento funziona con qualunque liquido omogeneo, però al variare della sua densità varia il dislivello che si ottiene, quindi i valori che noi abbiamo ottenuto sono validi e verificati solo nel caso dell’acqua.
Conclusioni:
La pressione esercitata dalla membrana comporta l’abbassamento di livello della colonna dell’acqua e un grande dislivello. Questo esperimento è la conferma del fatto che scendendo ogni 10 m dal livello del mare abbiamo un grado di pressione corrispondente ad 1 atm.
3. La bilancia idrostatica
Occorrente:
- Un piano rettore;
- una bilancia a due piatti, molto sensibile;
- alcuni pesi di vario tipo;
- un recipiente contenente acqua.
Schema di montaggio ed esecuzione:
Appendiamo due cilindri (o pesi) ad un piatto della bilancia. Aggiungiamo delle masse all’altro piattello in modo che la bilancia sia in equilibrio. Immergiamo il cilindro appeso all’altro piattello nel contenitore di acqua. A questo punto notiamo che la bilancia modifica l’equilibrio e pende dalla parte opposta a quella dei pesi. Ciò significa che il liquido esercita sul peso una forza diretta verso l’altro pari alle masse-peso del liquido spostato. Quindi togliamo i pesetti dall’altro piattello per ritrovare l’equilibrio.
Conclusione:
L’acqua esercita sul corpo immerso una spinta verso l’alto pari al peso del liquido spostato. Quindi è necessario togliere tutte le masse dall’altro piattello poiché equivalgono complessivamente al peso del cilindro appeso al piatto, in quanto ha ricevuto una spinta pari al suo stesso peso. Ricordiamo che in questo caso l’equilibrio è indipendente dalle masse.