IL PRINCIPIO DI ARCHIMEDE di Mario Colabella

"… Il vento rinfrescò e lo Spray doppiò il fanale dell'isola Dear alla velocità di sette nodi. Oltrepassato che l'ebbe, mise in poppa dirigendosi su Gloucester per imbarcare provviste da pescatori. Le onde che ballavano giocondamente nella baia del Massachusetts lo incontrarono quando uscì dal porto ed esso le scompigliò in miriadi di gemme luccicanti che gli ricadevano intorno ad ogni ondeggiamento. La giornata era perfetta, la luce del sole chiara e forte. Ogni particella d'acqua gettata per aria diventava una gemma e lo Spray, balzando in avanti, strappava al mare una collana dopo l'altra e altrettante volte la gettava lontano …"

Joshua Slocum, primo navigatore solitario, narra il suo viaggio intorno al mondo (durato tre anni: dal 1895 al 1898) a bordo dello Spray, uno sloop di 42 piedi da lui stesso costruito.

Tutto sommato lo sloop di Slocum era ben poca roba se lo paragoniamo alle gigantesche navi da crociera od alle portaerei … ma perché un corpo tanto pesante riesce a galleggiare?

La risposta sta nel Principio di Archimede (di cui tralasciamo la dimostrazione teorica, rimandandola ad altra occasione):

Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verticale dal basso verso l'alto pari al peso del volume di fluido spostato.
 

Fig. 1

Tutti sappiamo che il nostro pianeta è avvolto da uno strato d'aria e che la sua superficie si presenta occupata, in gran parte, da acqua. Possiamo quindi affermare che, dovunque ci troviamo (in montagna come in fondo al mare), noi terrestri siamo costantemente immersi in un fluido e quindi sottoposti alla spinta citata nella definizione.

I palloncini cosiddetti volanti sono appositamente gonfiati con gas particolarmente leggeri (più dell'aria) in modo che il loro peso totale (peso dell'involucro plastico + peso del gas in esso contenuto) risulti più leggero di quello relativo al volume dell'aria di cui viene occupato il posto.

Al peso del palloncino si contrappone la spinta ascensionale (fig. 1), di cui si può facilmente valutare l'intensità moltiplicando il volume del palloncino (equivalente al volume del fluido spostato) per il peso specifico dell'aria che abbiamo visto essere pari a 1,226 grammi / litro.

Ipotizziamo che il nostro palloncino abbia un volume di 15 dm³ (15 litri) e che il suo peso sia pari a 10 grammi, la spinta sarà:

 1,226 X 15 = 18,39 grammi

Se sottraiamo alla spinta il peso proprio del palloncino, avremo:

18,39 – 10 = 8,39 grammi

 di spinta risultante che costringerà l'oggetto a salire verso l'alto.
 

Fig. 2

L'esempio del palloncino è un caso particolare in quanto, avendo l'aria un peso specifico bassissimo, l'effetto della spinta ascensionale risulta evidente solo su oggetti relativamente leggeri e voluminosi.

Nei liquidi il fenomeno è molto più tangibile in quanto, avendo essi un peso specifico consistente, imprimono spinte ascensionali anche notevoli.

E' per questo motivo che una portaerei, nonostante il suo peso ed il carico che trasporta, galleggia senza alcun problema; infatti la sua carena sposta un volume d'acqua tale che la corrispondente spinta bilancia tutto il peso gravante.

A completamento di quanto detto, diremo che un corpo ha assetto positivo (fig 2-a) se la spinta prevale sul peso, neutro (fig. 2-b) se spinta e peso si equilibrano,  negativo (fig. 2-c) se il peso prevale sulla spinta.

Al fine di evitare possibili equivoci, si precisa che, per semplificare al massimo l'aspetto grafico, nelle illustrazioni le forze agenti sono state indicate senza tenere alcun conto dei relativi punti di applicazione.