Forza di spinta

Questo articolo spiega cos’è la forza di spinta. Scoprirai quindi come calcolare la forza di galleggiamento, un esercizio risoluto di questo tipo di forze e la sua relazione con la galleggiabilità, un concetto importante nella meccanica dei fluidi.

Cos’è la forza di spinta?

La forza di galleggiamento è una forza verticale verso l’alto esercitata da un fluido quando un corpo è immerso in esso. Più precisamente la forza di galleggiamento è pari al peso del volume spostato dal corpo sommerso.

La forza di spinta si basa quindi sul principio di Archimede. Questo è il motivo per cui la forza di galleggiamento è talvolta chiamata forza di galleggiamento o forza di galleggiamento di Archimede.

La forza di spinta è prodotta dalla pressione esercitata da un fluido sulle facce di un qualunque corpo sommerso. Poiché la pressione è direttamente proporzionale alla profondità, la parte più profonda del corpo riceve una pressione maggiore rispetto alla parte superiore e, quindi, il fluido esercita sul corpo una forza verso l’alto.

Formula della forza di spinta

La forza di spinta è pari al peso del volume di liquido spostato dal corpo immerso (parzialmente o totalmente) nel fluido. Pertanto, la forza di spinta viene calcolata moltiplicando la densità del fluido per gravità per il volume del fluido spostato.

Quindi la formula della forza di spinta è:

Oro:

• 

  è la forza di spinta, espressa in newton.

• 

  è la densità del fluido, espressa in kg/m ³ .

• 

  è il valore dell’accelerazione di gravità.

• 

  è il volume spostato dal corpo sommerso.

Se noti, il prodotto della densità e della gravità del fluido è equivalente al peso specifico del fluido. Pertanto la forza di spinta può essere determinata anche con la seguente espressione:

In condizioni normali la forza di spinta è verticale verso l’alto e il suo punto di applicazione è il baricentro del corpo sommerso.

Esempio di calcolo della forza di spinta

Una volta vista la definizione di forza di spinta e qual è la sua formula, in questa sezione viene mostrato un esempio di come viene calcolato questo tipo di forza.

• Un cubo il cui bordo misura 50 cm viene introdotto in un contenitore riempito d’acqua (ρ=1000 kg/m ³ ). Se il cubo è completamente immerso nel contenitore, quanto vale la spinta di Archimede applicata dal liquido sul cubo? Dati: g=9,81 m/ ^s2 .

Se l’intero corpo del cubo è immerso nell’acqua, ciò significa che il volume del fluido spostato sarà equivalente al volume del cubo. Calcoliamo quindi prima il volume del cubo:

Quindi usiamo la formula della forza di spinta per trovare il suo valore:

E infine, sostituiamo i dati nella formula e calcoliamo la forza di spinta:

galleggiabilità e forza di spinta

In questa sezione finale vedremo la relazione tra forza di spinta e galleggiabilità, poiché sono due concetti strettamente correlati in fisica.

La galleggiabilità è la capacità di un corpo di rimanere in equilibrio all’interno di un fluido. Quindi, affinché un oggetto galleggi in un fluido, la forza di galleggiamento esercitata dal fluido sul corpo deve essere uguale alla forza del peso del corpo. Altrimenti il corpo si solleverà o si abbasserà a seconda dei casi.

• Galleggiabilità positiva : il corpo tende a sollevarsi all’interno del fluido, quindi la forza di galleggiamento è maggiore della forza del peso del corpo.

Galleggiabilità negativa : il corpo tende a scendere nel fluido, cioè il corpo affonda. Ciò significa che la forza di spinta è inferiore alla forza peso.