La barca in fisica

La barca in Fisica
Valentina Di Sarno
Napoli 15 aprile 2011
1
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La Forza di gravità
F
G
La Spinta di Archimede
FA
F
G
La Spinta di Archimede
FA
La Spinta di Archimede
FA
La Spinta di Archimede
FA= Peso Acqua
FA
La Spinta di Archimede
Un corpo galleggiante può assumere tre posizioni:
Galleggiante Sospeso Affondato
FA
F
p
La Spinta di Archimede
F
p
La Spinta di Archimede
F
p
La Spinta di Archimede
F
p
FA
La Spinta di Archimede
F
p FA
La Spinta di Archimede
F
FA
p
La Spinta di Archimede
FA
F
p
Quando un corpo galleggia ???
Massa? Volume? Forma?
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La densità
La massa ed il volume di un materiale omogeneo sono
direttamente proporzionali.
La costante di proporzionalità è la DENSITA’
massa
densità 
volume
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Alcune densità
a 0°C, 1 atm
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Nome
Alluminio
Argento
Cemento
Ferro
Ghiaccio
Legno (densità media)
Legno di cedro
Legno d'ebano
Legno d'olmo
Legno di pino bianco
Legno di quercia
Nichel
Oro
Ottone
Osso
Piombo
Platino
Rame
Sughero
Terra (valor medio*)
Tungsteno
Vetro
Zinco
Densità (g/cm³)
2.70
10.49
2.7-3.0
7.96
0.92
0.75
0.31-0.49
0.98
0.54-0.60
0.35-0.50
0.6-0.9
8.8
19.3
8.44-9.70
1.7-2.0
11.3
21.37
8.96
0.22-0.26
5.52
19.3
2.4-2.8
6.9
Densità e galleggiamento
La linea del galleggiamento
100
100
piombo
80
linea
dell'acqua
60
40
GALLEGGIA
60
40
GALLEGGIA
acqua
olio
ceralacca
20
Linea
Dell'olio
AFFONDA
massa (g)
massa (g)
80
piombo
AFFONDA
ceralacca
silicone
20
silicone
0
0
0
20
40
60
80
100
0
volume (ml)
20
40
60
volume (ml)
18
80
100
La Spinta di Archimede
F A = V rx
i
a
F = V rx
p
c
c
F A=
F
p
FA
F
p
r / r = V / V
i
c
c
a
r = 1 kg / L
a
r < 1 kg / L
c
La Spinta di Archimede
r >r
c
a
r <r
c
a
FA
FA
F
p
F
p
La Spinta di Archimede
ghiaccio
legno
r = 0,9 kg/L
c
r = 0,75 kg/L
c
r = 1 kg / L
a
ferro
r = 7,9 kg/L
c
La Spinta di Archimede
ghiaccio
legno
r = 0,9 kg/L
c
r = 0,75 kg/L
c
1 / 10
1/4
9 / 10
3/4
r = 1 kg / L
a
ferro
r = 7,9 kg/L
c
Eureka! Eureka!
Vitruvio nel De architectura racconta una storia di artigiani
che beffano i re e di scienziati che svelano l’inganno
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L’Equilibrio delle barche
FA
B
F
p
C
L’Equilibrio delle barche
FA
B
F
C
p
Equilibrio Stabile
a)
b)
B
C
C
B
L’Equilibrio
delle barche
B
C
B
C
a)
Baricentro più in basso del
Centro di Carena.
Barca più stabile
B
a grandi angoli
B
C
C
a)
B
B
C
C
Baricentro più in alto del
Centro di Carena.
Barca meno stabile
a grandi angoli
B
C
C
B
L’Equilibrio delle barche
Il Metacentro
il punto di intersezione fra la direzione della
Spinta iniziale e quella della spinta
istantanea.
Barca larga
Barca stretta
C
C
B
B
Più la barca è larga e più è stabile
a piccoli angoli ma meno stabile a
grandi angoli di rotazione
M
M
B
C
C
B
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
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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.
Equazione di Bernoulli
Un fluido ideale, per ogni incremento della velocità si ha
simultaneamente una diminuzione della pressione o un
cambiamento nell' energia potenziale gravitazionale del fluido.
La fisica in barca - Napoli nov. 2007
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G.Paternoster
La forza aerodinamica
Per il principio di azione e reazione la forza sulle vele è uguale e contraria.
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.
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.
Tale forza, come abbiamo già detto, è
proporzionale a questa differenza di
velocità e alla massa di fluido spostata
nell’unità di tempo :
F = m (V 2– V )1 / (t –2 t 1)
Per reazione sull’oggetto su cui scorre il
fluido agisce una forza uguale in intensità
ma opposta in direzione.
Il ruolo del timone
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36
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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40
Grazie a
tutti
e
GRAZIE E
buona
BUONA
fortuna!
FORTUNA!
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