Densità e galleggiamento: mettiti alla prova

Guida: capire densità e galleggiamento

La densità è una proprietà intensiva che mette in relazione la massa di un corpo con il suo volume: d = m / V, e nel Sistema Internazionale si misura in kg/m³, anche se nella pratica scolastica si usa spesso g/cm³. Attenzione all'errore più comune: un oggetto grande non è necessariamente più denso di uno piccolo. Un chilogrammo di polistirolo occupa molto più volume di un chilogrammo di ferro, quindi il polistirolo è molto meno denso, anche se la massa è identica. La densità dell'acqua a 4 °C vale circa 1,00 g/cm³, pari a 1000 kg/m³, ed è il valore di riferimento per stabilire se un corpo affonda o galleggia.

Il principio di Archimede spiega il galleggiamento: ogni corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l'alto pari al peso del fluido spostato, cioè S = d_fluido · g · V_immerso. Un corpo galleggia se la sua densità è minore di quella del fluido, affonda se è maggiore, e resta in equilibrio se le densità sono uguali. Ecco perché una nave d'acciaio galleggia: non è il materiale in sé, ma la forma dello scafo, che include grandi volumi d'aria e abbassa la densità media dell'intera nave sotto quella dell'acqua. Un errore frequente è pensare che la spinta dipenda dalla profondità: in un fluido incompressibile la spinta dipende solo dal volume immerso, non da quanto sei in fondo.

Il galleggiamento parziale segue la stessa logica: un ghiaccio con densità 0,92 g/cm³ nell'acqua a 1,00 g/cm³ resta immerso per il 92% del suo volume, e per questo la parte emersa di un iceberg è solo una piccola frazione del totale. Anche la composizione del fluido conta: nell'acqua salata, più densa dell'acqua dolce, galleggiano più facilmente oggetti che nell'acqua dolce affonderebbero o resterebbero a metà, come nell'celebre esempio del Mar Morto. Ricorda infine che densità non è peso specifico né massa: sono grandezze correlate ma distinte, e confonderle è uno degli sbagli più frequenti nelle verifiche di fisica.