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Valentina Di Sarno
1
La barca in Fisica
Napoli 15 aprile 2011
2
La Forza di gravità
FG
FG
FA
La Spinta di Archimede
FA
La Spinta di Archimede
FA
La Spinta di Archimede
FA = Peso AcquaFA
La Spinta di Archimede
Fp
FA
La Spinta di Archimede
Un corpo galleggiante può assumere tre posizioni:Galleggiante Sospeso Affondato
Fp
La Spinta di Archimede
Fp
La Spinta di Archimede
Fp
FA
La Spinta di Archimede
Fp FA
La Spinta di Archimede
FAFp
La Spinta di Archimede
FA
Fp
La Spinta di Archimede
15
Quando un corpo galleggia ???
Massa? Volume? Forma?
La densità
La massa ed il volume di un materiale omogeneo sono direttamente proporzionali.
La costante di proporzionalità è la DENSITA’
massadensità
volume
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Nome Densità (g/cm³) Alluminio 2.70 Argento 10.49 Cemento 2.7-3.0
Ferro 7.96 Ghiaccio 0.92
Legno (densità media)
0.75
Legno di cedro 0.31-0.49 Legno d'ebano 0.98 Legno d'olmo 0.54-0.60
Legno di pino bianco 0.35-0.50 Legno di quercia 0.6-0.9
Nichel 8.8 Oro 19.3
Ottone 8.44-9.70 Osso 1.7-2.0
Piombo 11.3 Platino 21.37 Rame 8.96
Sughero 0.22-0.26 Terra (valor medio*) 5.52
Tungsteno 19.3 Vetro 2.4-2.8 Zinco 6.9
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Alcune densitàa 0°C, 1 atm
La linea del galleggiamento
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Densità e galleggiamento
ceralacca
piombo
acqua
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
volume (ml)
mas
sa (
g)
Linea Dell'olio
AFFONDA
GALLEGGIA
silicone
olio
silicone
ceralacca
piombo
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
volume (ml)
mas
sa (
g)
AFFONDA
GALLEGGIA
linea dell'acqua
FA
Fp
= FA Vi ax
= 1 kg / La< 1 kg / Lc
= cxV
cFp
F =A Fp
= Vi / V
c
c/ a
La Spinta di Archimede
Fp
FA
Fp
FA
c>
a
c< a
La Spinta di Archimede
ghiaccio legno ferro
c = 0,9 kg/L = 0,75 kg/L = 7,9 kg/Lc c
= 1 kg / La
La Spinta di Archimede
ghiaccio legno ferro
c = 0,9 kg/L = 0,75 kg/L = 7,9 kg/Lc c
= 1 kg / La
1 / 10
9 / 10
1 / 4
3 / 4
La Spinta di Archimede
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Eureka! Eureka!
Vitruvio nel De architectura racconta una storia di artigiani che beffano i re e di scienziati che svelano l’inganno
L’Equilibrio delle barche
Fp
FA
BC
L’Equilibrio delle barche
Fp
FA
BC
Equilibrio Stabile
L’Equilibrio delle barchea) Baricentro più in basso
del Centro di Carena.
Barca più stabile
a grandi angoli
a) Baricentro più in alto del Centro di Carena.
Barca meno stabile
a grandi angoli
BC
B C
BC
B
C
B
C C
C
C
C
C
B
B
B
B
B
a) b)
L’Equilibrio delle barche
Barca larga Barca stretta
BC
B
C
B C CB
M
M
Più la barca è larga e più è stabile a piccoli angoli ma
meno stabile a grandi angoli di rotazione
Il Metacentroil punto di intersezione fra la direzione della
Spinta iniziale e quella della spinta istantanea.
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Equilibrio
Stabile :Quando il Metacentro "M" è al di sopra del baricentro G Instabile :Se il Metacentro "M" è al di sotto del baricentro G Indifferente :Se il Metacentro "M" ed il baricentro G coincidono.
Le forze P ed S nel caso di
- Equilibrio stabile formano una coppia di forze raddrizzante, - Equilibrio instabile , una coppia sbandante.
Quando il baricentro G è sotto il centro di spinta C,l'equilibrio del galleggiante è sempre stabile poiché qualunque sia lo sbandamento il metacentro risulta sempre al di sopra del baricentro
.
La barca a vela
1 - randa 2 - fiocco 3 - spinnaker 4 - scafo 5 - deriva 6 - timone 7 - skeg 8 - albero 9 - crocette 10 - sartie 11 - scotta della randa 12 - boma 13 - albero 14 - tangone 15 - paterazzo 16 - strallo 17 - vang
L’epoca d’oro della vela
I Clipper, barche a vela di fine ‘800 erano velocissime.
Furono costruite per attraversare velocemente l’oceano atlantico.
Erano munite di grandi vele quadre e varie vele triangolari a prua.
Un fluido ideale, per ogni incremento della velocità si ha simultaneamente una diminuzione della pressione o un cambiamento nell' energia potenziale gravitazionale del fluido.
G.PaternosterLa fisica in barca - Napoli nov. 2007 31
Equazione di Bernoulli
La forza aerodinamica
l’aria viene deviata rispetto al suo moto originario, quindi per il principio di azione e reazione sulla vela si esercita una forza che induce una deviazione in senso opposto.
La forza che devia il vento è proporzionale alla massa d’aria spostata nell’unità di tempo e alla differenza di velocità tra l’aria prima di incidere sulle vele e l’aria che esce dalle vele.
Per il principio di azione e reazione la forza sulle vele è uguale e contraria.
Origine della forza aerodinamica
(o idrodinamica)Per viscosità il fluido segue la superficie dell’oggetto su cui scorre e quindi viene deviato rispetto alla direzione originale.L’attrito viscoso esercita quindi una forza sul fluido cambiandone velocità.
Per reazione sull’oggetto su cui scorre il fluido agisce una forza uguale in intensità ma opposta in direzione.
2 2 11F = m (V – V ) / (t – t )
Tale forza, come abbiamo già detto, è proporzionale a questa differenza di velocità e alla massa di fluido spostata nell’unità di tempo :
Il ruolo del timone
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Come si misura il vento???La Scala di Beaufort
è una misura empirica dell'intensità del vento basata originariamente sullo stato del mare o le condizioni delle onde.
Questo sistema di valutazione ha validità internazionale dal 1° Gennaio 1949
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GRAZIE E BUONA
FORTUNA!
Grazie a tutti e buona fortuna!
