Come si calcola la spinta di Archimede è un argomento di fisica fondamentale.
Infatti, la legge di Archimede e le formule sulla spinta di Archimede sono richieste molto di frequente per risolvere i problemi assegnati nei compiti in classe oppure nei quiz di fisica dei test di ammissione a medicina, veterinaria e professioni sanitarie.
In questo articolo trovi tutto quello di cui hai bisogno per imparare a calcolare la spinta di Archimede: la teoria, gli esempi e una videolezione sulla legge di Archimede con un esercizio svolto e le immagini esplicative, il tutto accompagnato dalla spiegazione chiara e semplice del nostro tutor di fisica.
La legge di Archimede
La legge di Archimede recita:
un corpo immerso in un fluido subisce una spinta dal basso verso l’alto che è pari al peso del volume del liquido spostato dal corpo.
Dall’enunciato del principio di Archimede, che devi fissare bene nella memoria, si ricava che nella legge di Archimede entrano in gioco due forze:
- la spinta di Archimede, detta anche spinta idrostatica, che è una forza verticale che va dal basso verso l’alto, indicata con SA o con FA;
- la forza peso, anch’essa verticale ma dal verso opposto, dall’alto verso il basso, indicata con FP.
Da cui, la formula della legge di Archimede:
SA = FP
dove SA è la spinta di Archimede e FP è la forza peso del volume del liquido occupato dal corpo.
La spinta di Archimede
Vuoi sapere come si calcola la spinta di Archimede? Segui questo semplice ragionamento.
Nel paragrafo precedente, in base all’enunciato della legge di Archimede, abbiamo detto che la spinta è pari alla forza peso. Poiché la forza peso è legata alla massa tramite la relazione m·g, la formula della spinta di Archimede è:
SA = ml·g
A cosa corrisponde g nella legge di Archimede? All’accelerazione di gravità, che vale circa 9,81 N/kg Infatti, la spinta di Archimede è pari al prodotto tra ml, la massa del liquido spostato, e g.
Tuttavia, nell’enunciato della legge di Archimede si parla di volume, per questo bisogna far ricorso alla formula della densità, che mette in relazione massa e volume:
d = massa/Volume = m/V, da cui si ricava la formula inversa m = d·V.
Per cui, basta sostituire m con l’ultima formula per scrivere:
SA = dl·V·g
Ovvero, la spinta di Archimede può essere espressa come il prodotto tra la densità del liquido e il volume di liquido spostato dal corpo. Nota bene, la spinta di Archimede non dipende dal volume del corpo immerso ma dal volume di liquido spostato dal corpo che, se è fermo, equivale al volume immerso del corpo perché non tutto potrebbe essere immerso.
Allo stesso modo, anche la forza peso che agisce dall’alto verso il basso è pari al prodotto della massa del corpo (non del liquido!) per l’accelerazione di gravità:
FP = mc·g, quindi usando la formula della densità:
FP = dc·V·g, anche qui d è la densità del corpo non del liquido!
Infine, poiché come visto all’inizio SA= FP, allora:
dl·V·g = dc·V·g dove V·g si annullano e quindi dl = dc.
Usiamo questa ultima formula per spiegare quando un corpo resta in equilibrio, galleggia o affonda perché come emerge da questa relazione il galleggiamento dipende dalla densità.
Condizione di equilibrio
Il corpo immerso rimane in perfetto equilibrio all’interno del liquido, situazione molto rara nella realtà, quando liquido e corpo hanno la stessa densità, quindi le due forze sono uguali in modulo:
SA = FP
dl = dc
Condizione di galleggiamento
Un corpo galleggia quando una volta immerso tende a risalire. Questo significa che la spinta di Archimede è maggiore di quella peso, come nel caso di un pallone oppure di un ramo. Solo una parte del corpo sarà immersa nel liquido.
In questo caso:
SA > FP
dl > dc
Condizione di affondamento
Infine, un corpo affonda quando la forza peso è maggiore della spinta di Archimede:
SA < FP
dl < dc
Spinta di Archimede: esercizio
Calcolare la spinta di Archimede subita da un cubo immerso in una vasca d’acqua, con lato uguale a 3 m.
Dati del problema:
- lato del cubo l = 3 m
- la densità dell’acqua è dl = 1000 Kg/m3
Incognite:
- spinta di Archimede SA = dl·V·g
Per calcolare la spinta di Archimede dobbiamo trovare il volume del cubo:
V = l3 = 33 = 27 m3
La spinta di Archimede sarà:
SA = dl·V·g = 1000 Kg/m3·27 m3·9,81 N/kg = 264.870 N
Vuoi altri esempi? Guarda la videolezione su come si calcola la spinta di Archimede con la teoria, le formule e un esercizio svolto passaggio per passaggio dal nostro tutor Alessandro Papa per studiare al meglio questo argomento di fisica molto richiesto.
Immagine in evidenza di Maria Tyutina da Pexels
