Come già sottolineato in precedenza, trattando il galleggiamento, potranno emergere dalla discussione con gli studenti dei casi problematici. E’ bene che l’insegnante abbia ben chiaro quali sono i fattori diversi dalla densità che entrano in gioco, per evitare la creazione di misconcezioni.
Gli argomenti e le attività che seguono potrebbero essere oggetto di percorsi successivi e differenti, in fase più avanzata del corso di studi degli allievi.
Navi, sommergibili e pesci
Bisogna qui introdurre, se non è già stato affrontato in precedenza, il principio di Archimede [I1][I2][I3][I4][I5][Es1]
e quindi il concetto di spinta idrostatica.
Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto uguale, in intensità, al peso dell’acqua spostata.
Si è visto che la densità del ferro, o eventualmente leghe, è maggiore di 1 g/cm3, infatti nel corso delle varie attività si è riscontrato che gli oggetti metallici affondano nell'acqua.
Come mai allora le grandi navi (petroliere, navi da crociera, pescherecci, etc.) attraversano i mari senza problemi?
Si può intavolare con i ragazzi una discussione facendo fare a loro delle ipotesi.
Potrebbe essere interessante avere a disposizione dei modellini di navi o delle foto o immagini con possibilmente anche delle sezioni trasversali; far cadere la loro attenzione sulla presenza di “vuoti”. Infatti una nave è costruita fondamentalmente con materiali “pesanti” (metalli), ma il suo volume non è interamente occupato da questi: ci sono spazi per nulla trascurabili volumicamente, cioè delle cavità, pieni solamente di aria, che ha una densità minore dell’acqua. Pertanto la densità del corpo-nave è una media fra la densità del metallo e la densità dell'aria ed è complessivamente minore della densità dell'acqua, quindi il peso dell’acqua che viene spostato dalla parte immersa della nave è superiore al peso complessivo della nave.
Altro caso interessante è quello dei sommergibili. Questi non solo sono in grado, come le navi, di galleggiare, ma hanno anche la straordinaria capacità di galleggiare, affondare o fermarsi ad una determinata quota a piacimento. Nello scafo dei sommergibili esistono alcuni locali particolari, detti camere stagne che possono essere riempiti, o svuotati, d’acqua. Quando le camere stagne sono piene d’acqua la massa del sommergibile aumenta e la spinta idrostatica non è più in grado di sostenerlo, per cui il sommergibile si immergerà. Viceversa, svuotando le camere stagne, la massa del sommergibile diminuisce nuovamente, per cui esso torna a galla.
Un caso analogo, per quanto riguarda però la sfera degli esseri viventi, è quello della vescica natatoria dei pesci. La “densità dei pesci” è in effetti leggermente superiore a quella dell’acqua, essi tenderebbero perciò a scendere verso il fondo se non avessero questo particolare organo. La vescica natatoria è una sacca che deriva da un’estroflessione dell’intestino e può essere gonfiata di gas (un gas con una composizione analoga a quella dell’aria, ma con una percentuale molto alta di ossigeno).
Man mano che aumenta la profondità a cui il pesce è immerso, la pressione a cui è sottoposto il pesce stesso è via via maggiore, per cui tende ad essere “schiacciato”, cioè il suo volume tende a diminuire. Se così fosse, essendo la massa sempre la stessa, la spinta idrostatica che agisce su di esso diminuirebbe e il pesce affonderebbe. Per evitare ciò il pesce produce gas, che riempiendo la vescica natatoria, gli permette di raggiungere la profondità desiderata e, soprattutto, di mantenerla.
