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TITOLO: La misura della densità dei corpi solidi
SCOPO: Determinare sperimentalmente la densità di alcuni solidi al fine di individuare il materiale di cui sono costituiti.
La fisica dell'esperimento
La grandezza che viene principalmente utilizzata per caratterizzare un corpo nelle sue dimensioni quantitative è la massa. La massa è una proprietà intrinseca dei corpi ed esprime la quantità di materia contenuta in un corpo.
Nel SI l’unità di misura della massa è il kilogrammo (kg).
Lo strumento che permette di misurare la massa è la bilancia.
La quantità di materia che costituisce un corpo può essere espressa anche facendo riferimento al suo volume. Il volume è quella proprietà che misura la porzione di spazio occupato da un corpo.
Nel SI l'unità di misura del volume è il metro cubo (m³), cioè il volume di un cubo che ha lo spigolo lungo 1 m.
Per esprimere il volume di liquidi e gas si usa spesso il litro (L).
1 litro corrisponde al volume di un cubo avente lo spigolo lungo 1 dm.
Esistono due metodi per la misura del volume di un solido: diretto e indiretto.
Metodo di misura diretto
Metodo di misura diretto
Questo metodo è detto misura del volume per spostamento di liquido ed è valido solo se il corpo non è poroso e non è solubile nel liquido usato. Si utilizza come strumento di misura un cilindro graduato contenente un liquido (es. acqua). Nello stesso cilindro, con la stessa quantità di liquido, viene immerso un oggetto (es. sasso).
V1= V acqua
V2= V(acqua + oggetto)
Il volume dell'oggetto si ottiene dalla differenza: V2 – V1
Il metodo di misura diretto è utile nel caso in cui il corpo di cui si vuole determinare il volume ha un forma irregolare come nell'esempio riportato sopra.
Metodo di misura indiretto
Metodo di misura indiretto
Se il solido di cui voglio determinare il volume ha una forma regolare (es. cilindro, cubo, sfera) posso misurare le dimensioni con un'asta graduata e poi applicare le formule note di geometria per il calcolo dei volumi.
Osservazione. A parità di volume, l’acqua ha una massa maggiore dell’olio. Evidentemente questi due materiali possiedono una proprietà che li differenzia. Questa proprietà esprime la massa dell’unità di volume di un materiale e per questo nel Sistema Internazionale viene definita massa volumica; di solito essa viene indicata con il termine più comune di densità. Le sostanze che contengono più massa sono più dense.
La densità di un corpo è uguale al rapporto tra la sua massa (m) e il suo volume (V):
d = m/V
Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della densità è kg/m³. È frequente l’uso dell’unità di misura g/cm³.
La densità è una caratteristica intrinseca delle sostanze omogenee, cioè una caratteristica che dipende dalla particolare sostanza di cui è fatto un oggetto.
Esempio. Un filo di rame ha la stessa densità di una grondaia di rame: il filo ha una piccola massa e un piccolo volume, la grondaia ha una massa più grande e occupa un volume più grande; però il rapporto fra massa e volume è lo stesso sia per il filo sia per la grondaia ed è lo stesso per tutti gli oggetti di rame.
Strumenti di misura e materiali utilizzati
Recipiente graduato
Bilancia digitale
Cubetti di materiali diversi
Liquido: acqua
Procedimento
Si prendono i blocchi, uno alla volta, e si misura la loro massa m con la bilancia.
Si legge sulla scala del recipiente graduato il valore V1 del volume d’acqua.
Si posa il blocco nell’acqua in modo che sia completamente immerso e si legge il nuovo valore V2 del volume d’acqua.
Il volume V dell'oggetto è la differenza V2 - V1.
Si calcola la densità con la formula d = m/V.
Infine, si confronta il valore ottenuto con quelli tabellati.
Raccolta ed elaborazione dei dati
Analisi dei risultati ottenuti
Lo scopo di questa esperienza di laboratorio era la determinazione della densità dei blocchi al fine di scoprire il materiale di cui erano costituiti. L'obiettivo è stato raggiunto e i materiali sono stati riportati nell'ultima colonna della tabella sopra.
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