Sollevare l'acqua con una vite di Archimede

Jul 01, 2023

Un progetto scientifico che sfida la gravità di Science Buddies

Concetti chiaveFisicaLiquidiGeometriaIngegneria

introduzione Riesci a pensare a un modo per far scorrere l'acqua in salita, senza usare l'elettricità? Gli antichi greci scoprirono come fare proprio questo! Hanno sviluppato un dispositivo chiamato vite di Archimede per sollevare l'acqua da un luogo all'altro. Questo strumento è così utile che è ancora oggi ampiamente utilizzato. In questa attività costruirai la tua vite di Archimede alimentata a mano con materiali semplici.

Sfondo Archimede di Siracusa nacque nel III secolo aC Gli piaceva risolvere i problemi e fu uno degli inventori più importanti del suo tempo. Il re chiese ad Archimede di costruire la nave più grande possibile. Questa nave si rivelò permeabile e Archimede dovette inventare un dispositivo per rimuovere l'acqua da essa. Così progettò quella che oggi chiamiamo la vite di Archimede. È stato molto efficace perché eliminava l'acqua e richiedeva solo una persona per azionarlo. La vite di Archimede venne presto utilizzata anche per trasportare l'acqua dalle zone basse fino alle rogge. Il design è così efficace che viene utilizzato ancora oggi. Ad esempio, viene utilizzato per sollevare le acque reflue negli impianti di trattamento delle acque e persino per sollevare l'acqua in alcune giostre dei parchi di divertimento. È uno strumento che non è mai passato di moda.

La vite di Archimede è una forma di pompa volumetrica. Una pompa volumetrica intrappola il fluido proveniente da una fonte e quindi forza il fluido a spostarsi verso un punto di scarico. La vite di Archimede è composta da un cilindro cavo e da una parte a spirale (la spirale può essere interna, ma qui la metterai all'esterno del cilindro). Un'estremità è posizionata in una fonte di fluido bassa e l'altra estremità è inclinata verso l'alto in un'area di scarico più alta. Per spostare l'acqua è sufficiente ruotare la vite. Mentre la vite si muove, raccoglie una piccola quantità di acqua nella prima tasca. Al successivo giro di vite la prima tasca d'acqua si sposta nella seconda tasca e un nuovo misurino d'acqua entra nella prima tasca. Questo movimento continua e alla fine dall'altra parte esce la prima cucchiaiata d'acqua.

Ci sono molti fattori che determinano il funzionamento della vite di Archimede, come la lunghezza, l'angolo, il raggio e altro ancora. In questo progetto costruirai e dimostrerai la tua vite di Archimede. Facoltativamente puoi anche provare a cambiare il design della vite per scoprire come farla sollevare l'acqua più velocemente!

Materiali

Preparazione

Procedura

Osservazioni e risultati Come riesce la vite di Archimede a spostare l'acqua in salita? Quando pieghi il tubo a forma di spirale, si formano delle tasche individuali in cui l'acqua può rimanere intrappolata perché il tubo si curva verso l'alto su entrambi i lati. Se guardi la tua vite di lato, vedrai queste tasche piene d'acqua. Mentre si ruota la vite, si intrappolano sacche alternate di aria e acqua e le singole sacche si spostano lungo la vite fino al contenitore superiore. Se inclini la vite verso l'alto con un angolo troppo ripido, alla fine un lato di ciascuna tasca punterà verso il basso consentendo all'acqua di rifluire verso il basso. Questo è più facile da vedere se si posiziona il tubo verticalmente: si nota come non ci sia nessun posto dove l'acqua possa rimanere "intrappolata" senza scorrere in discesa.

Altro da esplorareMuovere l'acqua con la pompa a vite di Archimede, da Science BuddiesArchimede, da Famous ScientistsCamminare sull'acqua, da Scientific AmericanSollevamento pesante con una leva, da Scientific AmericanAttività STEM per bambini, da Science Buddies

Questa attività ti è stata offerta in collaborazione con Science Buddies

Ben Finio è uno scienziato senior presso Science Buddies e docente presso la Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering della Cornell University. Seguitelo su Twitter @BenFinio.

Lauren J. Giovane

Luke Taylor e la rivista Nature

Chelsea Harvey e E&E News

Tim Vernimmen e la rivista Knowable