Un viaggio interattivo nella statica dei fluidi: fai esperimenti, cambia i parametri, prova a indovinare e scopri la fisica nascosta in piscine, navi e montagne.
6laboratori
12domande finali
45–60'percorso completo
Prima regola del laboratorio
Non memorizzare subito la formula. Prova a prevedere il risultato.
Ogni capitolo contiene un esperimento virtuale, un principio da capire e una piccola sfida. Puoi procedere in ordine o scegliere l'argomento che ti incuriosisce.
Metodo scientifico in tre mosse: ① fai una previsione, ② muovi il cursore, ③ spiega il risultato con una legge fisica. Sbagliare la previsione è spesso il momento in cui impari di più.
«Un fluido in equilibrio non è un fluido senza forze.»
Le molecole esercitano pressioni in tutte le direzioni. Quando le forze si bilanciano, tutto resta fermo. È questa l'idea che lega i sei laboratori.
La mappa delle idee
Densità, ρQuanta massa si trova in un dato volume.
Pressione, pQuanta forza normale agisce su ogni unità di superficie.
EquilibrioLa risultante delle forze è nulla: niente accelerazione.
FluidoUna sostanza che può deformarsi continuamente: liquidi e gas.
Esperimento 01 / 06
Densità: quanta materia in quanto spazio?
La densità confronta massa e volume. Cambia materiale e dimensioni del blocco: scopri perché «più pesante» e «più denso» non sono sinonimi.
La bilancia della materiaModifica materiale e volume ↴
Densità650kg/m³
Massa del blocco1,30kg
A parità di volume, il legno ha meno massa dell'acqua.
PRIMA LA PREVISIONE
Il volume raddoppia: che cosa succede alla densità?
La legge
ρ = m / V
ρ = densità (kg/m³) m = massa (kg) V = volume (m³)
Se aumenti il volume di un corpo omogeneo, aumenta anche la sua massa. Il rapporto fra le due grandezze resta costante, se il materiale e le condizioni non cambiano.
Attenzione: 1 litro = 0,001 m³. La conversione è essenziale negli esercizi.
Da ricordare
La densità dell'acqua dolce è circa 1.000 kg/m³ (valore arrotondato, dipende dalla temperatura).
Un blocco di ferro da 1 litro ha massa 7,87 kg; un litro d'acqua ha massa circa 1 kg.
Esperimento 02 / 06
Stevino: più scendi, più aumenta la pressione.
Immagina di immergerti. Ogni metro in più significa una maggiore colonna di liquido sopra di te. Quanto aumenta davvero la pressione?
Un'immersione virtualeLa superficie è a 0 m
Pressione in più (ρgh)98,1kPa
Pressione assoluta199,4kPa (superficie = 1 atm)
A 10 metri in acqua dolce, la pressione aggiuntiva è quasi 1 atmosfera.
SFIDA DI STEVINO
Due vasche hanno forme diverse ma lo stesso liquido e la stessa profondità. Sul fondo la pressione…
La legge di Stevino
p = p₀ + ρgh
p = pressione assoluta p₀ = pressione alla superficie ρ = densità del liquido g = 9,81 m/s² · h = profondità
La pressione cresce con densità e profondità, non con la forma del recipiente.
1 Pa = 1 N/m². Circa 100 kPa corrispondono a 1 bar.
Un fatto sorprendente
Un recipiente alto e stretto può esercitare sul fondo la stessa pressione di uno molto largo, se l'altezza dell'acqua è uguale. È il paradosso idrostatico.
La forza totale sul fondo dipende anche dall'area: F = p · A. Pressione e forza non sono la stessa cosa.
Esperimento 03 / 06
Pascal: una piccola forza può sollevarne una grande.
Una pressione aggiuntiva applicata a un liquido confinato si trasmette a tutto il liquido. È l'idea dietro il sollevatore idraulico.
Il sollevatore idraulicoPistoni ideali · niente attrito
Forza al pistone grande1.600N
Sollevamento del grande1,00cm
La forza cresce 16 volte, ma il pistone grande sale 16 volte meno.
DOV'È IL TRUCCO?
Se la forza viene moltiplicata per 16, l'energia prodotta dalla macchina ideale…
La trasmissione della pressione
F₁ / A₁ = F₂ / A₂
F = forza, A = area della sezione. Con pistoni circolari: A = πd²/4.
Se il diametro del secondo pistone è quattro volte quello del primo, la sua area è 16 volte maggiore.
A₁s₁ = A₂s₂
Il volume di liquido spostato si conserva. Il lavoro ideale F₁s₁ = F₂s₂.
Applicazioni reali
Freni idraulici, ponti sollevatori, presse. Nella realtà esistono attriti e perdite: la macchina non crea energia dal nulla.
Il principio riguarda una variazione di pressione trasmessa nel fluido confinato; la pressione può comunque cambiare con la quota.
Esperimento 04 / 06
Vasi comunicanti: l'acqua trova il suo livello.
Collega due recipienti attraverso un canale. Se contengono lo stesso liquido e hanno la stessa pressione sulla superficie, il livello finale è uguale, indipendentemente dalla larghezza.
Due colonne, un solo equilibrioSchema idrostatico
Altezza colonna A1,00m
Altezza colonna B1,00m
Le superfici sono allo stesso livello, anche se le sezioni dei vasi sono diverse.
INDOVINA
Nei vasi comunicanti, con un solo liquido fermo e superfici alla stessa pressione, i livelli sono…
Perché funziona?
pₐ = pᵦ
In equilibrio, alla stessa quota di un liquido collegato e fermo, la pressione è la stessa.
Se le superfici sono entrambe a pressione atmosferica e il liquido è uguale, la legge di Stevino impone lo stesso livello.
ρ₁h₁ = ρ₂h₂
Con due liquidi differenti e due superfici alla stessa pressione, questa relazione vale per colonne confrontate allo stesso piano di riferimento.
E se c'è l'olio?
Nel secondo esperimento, la colonna d'olio è più alta perché l'olio è meno denso. Le due colonne esercitano la stessa pressione al livello comune di riferimento.
Lo schema trascura capillarità, tensione superficiale e miscibilità. In un vero tubo a U l'interfaccia fra i liquidi ha una geometria precisa.
Esperimento 05 / 06
Archimede: perché qualcosa galleggia?
Un fluido spinge gli oggetti immersi verso l'alto. Quanto? Esattamente quanto pesa il fluido che occuperebbe il volume immerso.
Il cubo che galleggia… oppure noEquilibrio ideale in un liquido
Spinta verso l'alto25,5N · in equilibrio o completamente immerso
Percentuale immersa65%in equilibrio di galleggiamento
Il legno galleggia: resta immerso il 65% del suo volume.
IL GRANDE MISTERO
Perché una nave d'acciaio può galleggiare?
Il principio di Archimede
Fₐ = ρ · g · Vᵢ
Fₐ = spinta (N) ρ = densità del fluido (kg/m³) g = 9,81 m/s² Vᵢ = volume immerso (m³)
La spinta è causata dalla differenza di pressione fra le zone più profonde e quelle meno profonde dell'oggetto.
In galleggiamento stabile: Fₐ = peso.
Una curiosità gelida
Un iceberg di ghiaccio puro in acqua dolce resta immerso per circa il 91,7% del suo volume. In mare, leggermente meno.
Se il corpo è più denso del fluido, l'esperimento lo mostra sul fondo: lì anche la reazione del fondo contribuisce all'equilibrio.
Esperimento 06 / 06
L'atmosfera: viviamo sotto un oceano d'aria.
L'aria ha massa e peso. La pressione atmosferica è dovuta all'aria che ci circonda. Salendo in montagna, la quantità di atmosfera sopra di noi diminuisce.
Un barometro in montagnaApprossimazione di atmosfera standard
Pressione atmosferica101,3kPa
Altezza della colonna di Hg76,0cm
Al livello del mare, 1 atmosfera sostiene una colonna di mercurio alta circa 76 cm.
UNA BELLA DOMANDA
Se sali in montagna, che cosa accade alla pressione atmosferica?
La misura di Torricelli
pₐₜₘ ≈ ρₕ₉ gh
Per un barometro a mercurio con spazio superiore quasi vuoto; ρₕ₉ ≈ 13.600 kg/m³.
In condizioni standard, 1 atmosfera vale 101.325 Pa e corrisponde a una colonna di mercurio alta circa 76 cm.
Attenzione alla formula!
L'aria è comprimibile: la sua densità diminuisce con la quota. Il modello qui impiegato usa p(h) ≈ p₀ e−h/H con H ≈ 8.434 m come approssimazione.
Non è una previsione meteorologica: temperatura e condizioni atmosferiche reali fanno variare la pressione.
Con acqua anziché mercurio, il barometro dovrebbe essere alto circa 10,3 metri al livello del mare!
È il momento di giocare
La sfida finale: 12 domande, zero formule a memoria.
Puoi rispondere nell'ordine che preferisci e riprovare quando sbagli. A ogni risposta riceverai una spiegazione, non soltanto un voto.
0 / 12 risposte
0 / 12Ottimo lavoro!
👩🏫 Guida docente · 45–60 minuti
5 min: domanda iniziale «perché un liquido fermo spinge?» e raccolta delle ipotesi.
30–35 min: esperimenti in coppie. Prima previsione, poi variazione di un solo parametro per volta.
10 min: quiz: invita gli studenti a discutere le risposte, non soltanto a scegliere.
5–10 min: esempi quantitativi con unità SI e discussione su cosa il modello idealizza.
Verifica: chiedi «che cosa succede se raddoppio…?» e «quale variabile resta fissa?».