La legge di Stevino permette di capire come cambia la pressione su un corpo immerso in un fluido incomprimibile a varie profondità.
Come cambia la pressione dell’acqua per un sommozzatore?
E se si apre un foro in un contenitore pieno d’acqua come un secchio, una bottiglia o addirittura una diga, l’acqua all’interno uscirà sempre allo stesso modo?
Scopriamolo insieme con un semplice esperimento!
Materiale
- Bottiglia di plastica piena d’acqua
- Una puntina o uno spillo
Procedimento
Riempi la bottiglia con acqua, chiudila con con un tappo e ponila sul tavolo (per comodità e per non allagare tutto noi l’abbiamo sistemata in una vaschetta).
Pratica con uno spillo o una puntina dei piccoli fori allineati a diverse altezze.
Svitando anche solo leggermente il tappo, l’acqua inizierà a uscire dai fori con zampilli diversi tra loro.
Se il foro è molto in alto il getto cade vicino alla bottiglia, ma più il foro è in basso, maggiore risulta la gittata.
Scopriamo insieme il perchè!
Spiegazione
Secondo la legge di Stevino la pressione esercitata da un fluido su un corpo immerso è uguale al prodotto tra l’accelerazione di gravità, la densità del fluido e la profondità a cui si trova il corpo. Se al di sopra del fluido abbiamo l’aria, dobbiamo aggiungere anche il valore della pressione atmosferica.
Quando il tappo è chiuso, la pressione atmosferica impedisce all’acqua di zampillare dai fori
In realtà un pochino di acqua potrebbe fuoriuscire, ma questa fuoriuscita provocherebbe una depressione nella poca aria rimasta nella bottiglia, depressione che contribuisce a non far uscire altro liquido, vedi anche La bottiglia che non si rovescia.
Se osservi aria entrare dal foro più alto quando la bottiglia è chiusa, significa che la pressione nella parte alta della bottiglia si è abbassata a tal punto da essere inferiore alla pressione atmosferica, e allora una bollicina d’aria può entrare nella bottiglia. In questo caso è meglio rifare la bottiglia, evitando un primo foro così in alto.
Svitando il tappo, la pressione atmosferica agisce con buona approssimazione allo stesso modo sia sui fori sia sulla superficie di acqua nel collo della bottiglia.
La pressione idrostatica dell’acqua invece aumenta (dice Stevino) all’aumentare della colonna d’acqua che sovrasta ciascun foro. Se i fori hanno tutti la stessa dimensione, allora la forza con cui viene spinta l’acqua in corrispondenza del foro più basso è maggiore della forza che agisce sull’acqua in corrispondenza del foro più alto, e quindi la velocità di uscita dell’acqua dal foro in basso più alta di quella del foto in alto. Osserviamo infatti che la gittata, cioè la distanza tra la bottiglia e il punto in cui l’acqua dello zampillo tocca il tavolo, diminuisce all’aumentare dell’altezza del foro.
Se sei interessato ad approfondire puoi studiare anche questo esempio)
Possibili problemi
Può capitare che praticando più fori sulla stessa bottiglia ti capiti di osservare che nei fori più alti invece di uscire acqua entri aria!!!!
Oppure può succedere che tu non riesca a praticare fori tutti identici e ben allineati, e ti ritroverai con zampilli di lunghezza differente rispetto a quella prevista o diretti a casaccio!
Noi per risolvere questi problemi abbiamo utilizzato due bottiglie identiche praticando un solo foro in ciascuna bottiglia, a diverse altezze per le differenti bottiglie, come mostrato nella foto che introduce questo articolo.
Questo esperimento è il prodotto del progetto PCTO di Sofia M., studentessa di Liceo Scientifico in collaborazione con i Volontari del Servizio Civile Universale nell’ambito del progetto Germogli di Conoscenza.
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