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Liquido in chimica: definizione e caratteristiche fisiche

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO CHIMICA FISICA SANGUE ANALISI FECI URINA GLICEMIA AZOTEMIA DENSITA CHEMISTRY LAB VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA PESO SPECIFICO SCUOLA RICERCA RESISTENZA ATTRITO.jpgCon “liquido” in chimica si indica uno degli stati della materia, insieme a “solido” ed aeriforme (gas). Generalmente, una sostanza allo stato liquido è meno densa che allo stato solido, cioè un materiale allo stato solido tende ad “andare a fondo” se immerso nello stesso materiale allo stato liquido. Una importante eccezione a quest’ultima affermazione è costituita dall’acqua che è più densa allo stato liquido che allo stato solido, motivo per cui il ghiaccio galleggia sull’acqua.

Le proprietà principali di un materiale allo stato liquido sono:

Fluidità

Un liquido è un fluido che, in assenza di forze esterne tra cui quella di gravità, ha una forma sferica. I liquidi, a causa della limitata forza di coesione fra le molecole, sono scorrevoli, cioè fluidi. Si dice quindi che “non hanno forma propria”. Non tutti i liquidi sono egualmente fluidi, così si dice che l’etere è più fluido dell’acqua o anche che l’acqua è più viscosa dell’etere.

Elasticità

i liquidi sono molto elastici, cioè si deformano facilmente sotto l’azione di una forza e riprendono immediatamente la forma primitiva appena cessa l’azione della forza deformatrice.

Incomprimibilità

un liquido è un fluido il cui volume è costante a temperatura e pressione costanti; la comprimibilità dei liquidi è in genere molto bassa, e trascurabile se confrontata a quella dei gas, quindi i liquidi sono considerati incomprimibili.
Anche se hanno un coefficiente di comprimibilità che varia in funzione della natura del liquido stesso, alcuni di questi liquidi come l’acqua sono stati testati a pressioni fino a 10.000 bar dando variazioni molto piccole, invece altri come gli idrocarburi hanno sensibili variazioni con pressioni di 100 bar.

Comportamento di atomi e molecole nei liquidi

Le molecole o atomi che costituiscono il liquido interagiscono fra loro, sebbene non fortemente come nel solido. Non sono fra loro in posizioni fisse ma “scorrono” gli uni sugli altri, sebbene si ipotizzi l’esistenza di cluster o gabbie relativamente stabili, in liquidi dai forti legami intermolecolari come l’acqua.

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Differenza tra soluzione e miscuglio in chimica con esempi

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO CHIMICA FISICA SANGUE ANALISI FECI URINA GLICEMIA AZOTEMIA DENSITA CHEMISTRY LAB VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA PESO SPECIFICO SCUOLA RICERCA RESISTENZA ATTRITO.jpgSi definisce “soluzione” in chimica una miscela omogenea in cui una o più sostanze sono contenute in una fase liquida o solida o gassosa; una soluzione contiene particelle diverse mescolate e distribuite in modo uniforme nello spazio disponibile in modo che ogni volume di soluzione abbia la medesima composizione degli altri. La misura della quantità di soluto rispetto alla quantità di soluzione è detta concentrazione e viene misurata sia tramite unità fisiche che tramite unità chimiche.

In una soluzione viene denominato solvente la sostanza presente in quantità maggiore e soluto (o soluti) la sostanza (o le sostanze) presente in minor quantità.

  • Le soluzioni gassose (gas in gas) vengono normalmente dette miscele gassose.
  • Le soluzioni solide (solido in solido) sono dette leghe.
  • Le soluzioni liquide in cui un soluto si scioglie in un liquido (soluto in acqua) vengono dette soluzioni acquose.

Una soluzione consiste quindi in una miscela di due o più componenti che formano una dispersione molecolare omogenea in una sola fase fisica. Ricordiamo che la “fase” in chimica indica una porzione di materia che, ad occhio nudo o al microscopio ottico, presenta in ogni suo punto le medesime proprietà fisiche e chimiche.

In chimica si definisce “miscuglio” un insieme di componenti chimici che si combinano tra di loro con rapporti costanti per mantenere particolari proprietà fisiche e chimiche. Un miscuglio può essere:

  • omogeneo (o fisico) se i suoi componenti non sono più distinguibili all’osservazione diretta e si presenta in un’unica fase;
  • eterogeneo (o meccanico) se è costituito da due o più fasi e i suoi componenti sono facilmente distinguibili.

Se ad esempio versate olio dentro un bicchiere d’acqua, vedi perfettamente che sia acqua che olio saranno distinti: questo è un tipico miscuglio eterogeneo costituito da due fasi, una fase è l’acqua e l’altra fase è l’olio.

Se invece osservate un bicchiere di vino, o di caffè, le parti che compongono la miscela sono perfettamente omogenee, ciò viene detto miscuglio omogeneo e viene chiamato comunemente soluzione. La soluzione è – più precisamente – un miscuglio omogeneo in cui una fase (il solvente) è in netta prevalenza sull’altra fase (il soluto). In altre parole: una soluzione è un tipo particolare di miscuglio omogeneo.

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Differenza tra soluzione, sospensione aerosol ed emulsione in chimica

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Soluzione

Si definisce “soluzione” in chimica una miscela omogenea in cui una o più sostanze sono contenute in una fase liquida o solida o gassosa; una soluzione contiene particelle diverse mescolate e distribuite in modo uniforme nello spazio disponibile in modo che ogni volume di soluzione abbia la medesima composizione degli altri. La misura della quantità di soluto rispetto alla quantità di soluzione è detta concentrazione e viene misurata sia tramite unità fisiche che tramite unità chimiche.

In una soluzione viene denominato solvente la sostanza presente in quantità maggiore e soluto (o soluti) la sostanza (o le sostanze) presente in minor quantità.

  • Le soluzioni gassose (gas in gas) vengono normalmente dette miscele gassose.
  • Le soluzioni solide (solido in solido) sono dette leghe.
  • Le soluzioni liquide in cui un soluto si scioglie in un liquido (soluto in acqua) vengono dette soluzioni acquose.

Una soluzione consiste quindi in una miscela di due o più componenti che formano una dispersione molecolare omogenea in una sola fase fisica. Ricordiamo che la “fase” in chimica indica una porzione di materia che, ad occhio nudo o al microscopio ottico, presenta in ogni suo punto le medesime proprietà fisiche e chimiche.

Sospensione

Si definisce in chimica “sospensione” una miscela in cui un materiale finemente suddiviso è disperso in un altro materiale in modo tale da non sedimentare in tempo breve. Le sospensioni sono quindi costituite da due componenti:

  • un componente minoritario che è allo stato solido ed è finemente disperso all’interno del componente maggioritario.
  • un componente maggioritario che è allo stato liquido, che contiene il componente minoritario.

Differenza tra soluzione e sospensione

A differenza della soluzione, in cui le due parti si uniscono intimamente dando origine ad un liquido perfettamente trasparente, nella sospensione la miscela è opaca e torbida, a causa dell’effetto Tyndall, cioè quel particolare fenomeno di diffusione della luce dovuto alla presenza di particelle, di dimensioni comparabili a quelle delle lunghezze d’onda della luce incidente, presenti in sistemi colloidali, nelle sospensioni o nelle emulsioni.

Semplificando: nelle sospensioni il soluto è fisicamente distinguibile dal liquido, mentre nelle sospensioni il soluto ed il solvente sono omogenee e macroscopicamente indistinguibili. In altre parole: nella sospensione il soluto si può riconoscere nel solvente. nella soluzione invece no. 

Aerosol ed emulsione

Come abbiamo visto, una sospensione è composta da un solido finemente disperso all’interno del componente maggioritario liquido. Se la sospensione è invece composta da gocce di liquido o da particelle solide disperse in un gas, la sospensione prende il nome di aerosol. Se la sospensione è composta da sostanze lipofile disperse in sostanze idrofile o viceversa, prende invece il nome di emulsione.

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Differenza tra fluido e liquido

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO CHIMICA FISICA SANGUE ANALISI FECI URINA GLICEMIA AZOTEMIA DENSITA CHEMISTRY LAB VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA PESO SPECIFICO SCUOLA RICERCA RESISTENZA ATTRITOCon “fluido” in chimica si definisce un materiale (generalmente costituito da una sostanza o da una miscela di più sostanze) che si deforma illimitatamente (fluisce) se sottoposto a uno sforzo di taglio, indipendentemente dall’entità di quest’ultimo. Il fluido è un particolare stato della materia che comprende

  • i liquidi;
  • gli aeriformi (i gas);
  • il plasma;
  • alcuni solidi plastici.

Con “liquido” in chimica si indica uno degli stati della materia, insieme a “solido” ed aeriforme (gas). Le sue proprietà principali sono: fluidità, elasticità ed incomprimibilità. Generalmente, una sostanza allo stato liquido è meno densa che allo stato solido, ma un’importante eccezione è costituita dall’acqua.

Da quanto detto appare chiaro che i liquidi fanno parte della grande famiglia dei fluidi: tutti i liquidi sono fluidi, ma non tutti i fluidi sono dei liquidi.
Consideriamo ad esempio un tipo particolare fluido: un gas. Il gas è un fluido, tuttavia non è un liquido, bensì è allo stato aeriforme. Immesso in un dato contenitore, il gas lo occupa tutto mentre invece, un altro particolare fluido, un liquido, ne occupa solo una parte, perché i liquidi mantengono il loro volume, i gas invece no.
Sinteticamente si può concludere dicendo che i liquidi sono quei particolari fluidi che mantengono il loro volume.

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Differenza tra fluido newtoniano e non newtoniano con esempi

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO CHIMICA FISICA SANGUE ANALISI FECI URINA GLICEMIA AZOTEMIA DENSITA CHEMISTRY LAB VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA PESO SPECIFICO SCUOLA RICERCA RESISTENZA ATTRITOCon “liquido” in chimica si indica uno degli stati della materia, insieme a “solido” ed aeriforme (gas). Le sue proprietà principali sono: fluidità, elasticità ed incomprimibilità. Generalmente, una sostanza allo stato liquido è meno densa che allo stato solido, ma un’importante eccezione è costituita dall’acqua.

Comunemente si usa distinguere i fluidi dai solidi per il fatto che questi ultimi hanno una forma propria, mentre i fluidi assumono la forma del recipiente che li contiene. Nei solidi gli sforzi che si generano in conseguenza di una deformazione sono funzione della deformazione stessa, mentre nei fluidi gli sforzi sono proporzionali alla velocità di deformazione. Il comportamento fluido è caratterizzato dalla viscosità mentre quello solido dal modulo di elasticità (o di Young).

A livello molecolare questo significa che due particelle di fluido inizialmente contigue possono essere allontanate indefinitamente tra loro da una forza anche piccola e costante; cessata la causa deformante, le particelle non tendono a riavvicinarsi (ritorno elastico): ciò è dovuto alla diversa entità delle forze intermolecolari che agiscono all’interno di un solido e di un liquido. Tale distinzione netta è in realtà un’approssimazione: la verità è che in tutti i materiali reali gli sforzi sono funzione sia della deformazione che della velocità di deformazione. Il netto prevalere di un comportamento rispetto all’altro determina l’appartenenza all’una o all’altra categoria. Esistono anche materiali per i quali entrambi i comportamenti coesistono e non è possibile trascurarne né l’uno né l’altro; si parla in questo caso di fluidi (o solidi) viscoelastici.

Fluidi newtoniani e non-newtoniani

In meccanica dei fluidi, a seconda di come lo sforzo dipende dal tasso di deformazione dei fluidi, essi possono essere classificati come:

  • fluidi newtoniani: per i quali gli sforzi sono direttamente proporzionali alla velocità di deformazione (la velocità di flusso aumenta proporzionalmente alla forza applicata). Matematicamente questi fluidi presentano un legame di proporzionalità diretta tra il tensore degli sforzi viscosi e il tensore delle velocità di deformazione. La costante di proporzionalità è detta viscosità;
  • fluidi non-newtoniani: dove lo sforzo non è direttamente proporzionale alla velocità di deformazione (sottoposto a forze di taglio, evidenzia un flusso di scorrimento che può essere: plastico, pseudoplastico, dilatante). Un fluido non newtoniano ha la caratteristica di variare la sua viscosità a seconda delle forze che interagiscono con esso. Se ad esempio gli viene applicata una pressione esso assume temporaneamente le proprietà di un corpo semi-solido. Nei fluidi non-newtoniani pseudoplastici la viscosità diminuisce all’aumentare della velocità di deformazione; nei fluidi non-newtoniani dilatanti: la viscosità aumenta  all’aumentare della velocità di deformazione.

Semplificando: se la velocità di deformazione dipende in maniera lineare dallo sforzo di taglio applicato, il fluido è detto “newtoniano”; invece se la velocità di deformazione del fluido dipende in maniera non lineare dallo sforzo di taglio applicato, il fluido viene detto “non newtoniano”.

Inoltre:

  • se la viscosità decresce all’aumentare della durata dello sforzo o, in altre parole, se diminuisce nel tempo lo sforzo necessario a mantenere costante la velocità di deformazione, si dice che il fluido è tissotropico;
  • se la viscosità cresce all’aumentare della durata dello sforzo, il fluido si dice reopectico o anti-tissotropico;
  • se la viscosità decresce all’aumentare della velocità di deformazione si dice che il fluido è assottigliante al taglio o pseudoplastico;
  • se la viscosità cresce all’aumentare della velocità di deformazione si dice che il fluido è ispessente al taglio o dilatante;
  • se lo sforzo è indipendente dalla velocità di deformazione, il materiale mostra deformazione plastica.

Esempi di fluidi newtoniani

Esempi tipici di fluidi newtoniani sono l’acqua e l’olio (sia alimentare che minerale per motori).

Esempi di fluidi non newtoniani

Un esempio di fluido non newtoniano dilatante, può essere realizzato miscelando acqua e amido di mais (detto anche “maizena”) o fecola di patate. L’applicazione di una forza – per esempio stendendo la superficie con un dito o capovolgendo rapidamente il contenitore in cui è posto – induce il fluido a comportarsi come un solido più che come un liquido. Questa è la proprietà di “ispessimento al taglio” (shear thickening) del fluido non newtoniano. Applicando forze più deboli, come il lento inserimento di un cucchiaio nel fluido, lo manterrà nel suo stato liquido. Una persona che si muova velocemente e che applichi una forza sufficiente con i piedi, può letteralmente camminare sopra un tale liquido. Dal punto di vista pratico, una sostanza definibile come fluido pseudoplastico viene richiesta quando, ad esempio, si devono eseguire processi di verniciatura o serigrafia (esempio: la vernice è fluida finché viene applicata con il pennello o a spruzzo ma diventa molto più viscosa e “non cola” quando la sollecitazione cessa). Fluidi come le vernici sono detti pseudoplastici (in inglese shear-thinning, cioè che si assottigliano al taglio). Altri esempi comuni di fluidi non newtoniani sono rappresentati dal sangue, dall’asfalto, dal dentifricio e, più in generale, dai fluidi polimerici. Tipicamente quindi sono liquidi in sospensione a portare tale caratteristica. Ciò è dovuto alla sparizione dei moti browniani allorquando la sospensione diventa più densa nell’elemento solido rispetto all’elemento liquido, ossia al confine tra liquido in sospensione e solido impregnato, e quindi pur mantenendo all’apparenza la forma liquida è a tutti gli effetti fisicamente un solido.

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Differenza tra densità reale ed assoluta con esempi

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO BLOOD TEST EXAM ESAME DEL SANGUE FECI URINE GLICEMIA ANALISI GLOBULI ROSSI BIANCHI PIATRINE VALORI ERITROCITI ANEMIA TUMORE CANCRO LEUCEMIA FERRO FALCIFORME MLa densità di un materiale è il rapporto tra la sua massa ed il suo volume (cioè massa diviso volume); l’unità di misura della densità è il kg/m³. Nell’uso comune si utilizza talvolta il kg/litro (kg/dm³), che corrisponde esattamente al g/cm³. Il materiale in esame può essere sia un liquido che un solido o un gas. Tale definizione di densità è riferita ad una quantità di materia solida massiccia, vale a dire senza vuoti interni, per tale motivo viene anche detta densità reale in quanto prende in considerazione solo il volume della frazione solida.

In contrapposizione alla densità reale, la densità apparente di un corpo – pur venendo calcolata in maniera formalmente analoga alla densità reale – prende invece in considerazione il volume totale occupato dal solido ovvero il suo ingombro esterno, compresi quindi gli spazi vuoti (solidi con cavità chiuse, con cavità aperte o a struttura spugnosa).

Un esempio classico è la densità della sabbia contenuta in un barattolo. La sabbia ha una data densità reale data dalla sua massa diviso il volume che occupa realmente, ma ha anche una densità apparente data dalla sua massa diviso il volume che occupa nel suo contenitore, compresi gli spazi di aria tra i vari granelli. La densità apparente, comprendendo pari massa ma volume maggiore, è quindi più bassa rispetto alla densità reale.

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Differenza tra densità e concentrazione

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO CHIMICA FISICA SANGUE ANALISI FECI URINA GLICEMIA AZOTEMIA DENSITA CHEMISTRY LAB VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA MIELE OLIO VINO RESISTENZA ATTRITO MOVIMENTO MATERIALE ESPERIMENTOLa densità di un materiale è il rapporto tra la sua massa ed il suo volume (cioè d = m/ V); l’unità di misura della densità è il kg/m³. Nell’uso comune si utilizza talvolta il kg/litro (kg/dm³), che corrisponde esattamente al g/cm³. Il materiale in esame può essere sia un liquido che un solido o un gas.

La concentrazione di un componente in una miscela è una grandezza che esprime invece il rapporto tra la quantità del componente rispetto alla quantità totale di tutti i componenti della miscela (compreso il suddetto componente). Nel caso specifico di una soluzione, la concentrazione di un determinato soluto nella soluzione esprime il rapporto tra la quantità del soluto rispetto alla quantità totale di soluzione, o, in alcuni modi di esprimerla, del solo solvente (ad esempio molalità).

  • la densità si calcola con : d = massa / volume;
  • la concentrazione : [ c ] = n° di moli/ volume oppure n° di moli/ massa.

Densità in soluzione

La densità in soluzione pi indica il rapporto tra la massa del soluto mi rispetto al volume V dell’intera soluzione:

pi = mi / V

La densità in soluzione si esprime in kg/m3 (pari a g/L).

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Quanto pesa un litro di acqua liquida o ghiacciata? Perché il ghiaccio galleggia?

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Dott Emilio Alessio Loiacono Medico Chirurgo Specialista in Medicina Estetica Roma PERDERE PESO ESTATE DIETA GHIACCIO Radiofrequenza Rughe Cavitazione Grasso Pressoterapia Linfodrenante Dietologo Cellulite Calorie Pancia Sessuologia Filler BotulinoPotrebbe sembrare una domanda banale, ed in teoria lo sarebbe, eppure a tutti noi può venire un dubbio di quelli a cui persino un bambino delle medie, che ha appena studiato il concetto di “densità”, potrebbe rispondere.

Quanto pesa un litro d’acqua?

La risposta è semplice: un litro di acqua pesa un chilogrammo, poiché la densità dell’acqua è uguale a uno. Questa era la risposta facile, ma per essere più precisi ricordiamo che in realtà 1 litro di acqua pesa in realtà leggermente meno di 1 kg, e cioè: 0,9999729 kg, questo alla pressione di 1 atmosfera e ad una temperatura di 3,98°. Una bottiglia da un litro d’acqua pesa comunque di più di 1 kg: non dimenticate infatti il peso della bottiglia che la contiene, che può essere di vetro o di plastica e può far aumentare il peso complessivo fino ad oltre 1 kg. C’è da dire che ovviamente il peso dell’acqua può variare anche in base alla sua purezza: basta la presenza anche di una piccola parte di un elemento disciolto in acqua, per far variare la sua densità e far pesare un litro di acqua, più o meno di un kg, motivo per cui un litro di acqua distillata pesa meno di un litro di acqua minerale o di acqua essenziale.

Quanto pesa un litro d’acqua ghiacciata?

Anche l’acqua ghiacciata ha lo stesso peso: se metti dell’acqua a ghiacciare nel freezer noterai che aumenta di volume, ma la sua massa, e quindi suo il peso, resta invariato: quello che varia è la sua densità, che diminuisce. In pratica anche un litro di acqua ghiacciata pesa un chilogrammo, ma occupa più spazio a parità di massa, motivo per cui la densità diminuisce e – se mettete una bottiglia di vetro nel frigo con dentro acqua – questa si potrebbe spaccare per la pressione che l’aumentato volume dell’acqua ghiacciata esercita sulle pareti. C’è da dire che di solito, gli oggetti solidi sono più densi dei liquidi, tuttavia il ghiaccio è un’eccezione: al contrario degli altri liquidi (le cui molecole sono chimicamente “ordinate” allo stato liquido e “disordinate” allo stato solido), l’acqua ha la particolarità di avere molecole “disordinate” allo stato liquido ed “ordinate” allo stato solido (ghiaccio). Come visibile dall’immagine in basso, il ghiaccio ha molecole che occupano più spazio e determinano una minore densità.

MEDICINA ONLINE ACQUA CHIMICA GHIACCIO MOLECOLE MAGGIOR MINOR VOLUME ACQUA STATO LIQUIDO.jpg

Diversa disposizione delle molecole dell’acqua (a) allo stato liquido; (b) allo stato solido

Perché il ghiaccio galleggia?

Abbiamo appena detto che il ghiaccio è una eccezione: in che senso? Nella maggior parte dei casi il raffreddamento di un liquido determina un graduale aumento della sua densità fino a quando diventa solido ed a quel punto raggiunge la sua massima densità. L’acqua si comporta in modo diverso rispetto agli altri liquidi: raffreddandolo, la sua densità inizialmente aumenta, tuttavia, invece di raggiungere la massima densità quando il congelamento si blocca, raggiunge la massima densità a 4°. Raffreddare l’acqua oltre i 4 gradi inverte la tendenza e porta ad una diminuzione della sua densità a causa delle sue caratteristiche chimiche. A 0° un litro d’acqua ghiacciata pesa circa 0,9168 kg contro 0,9997 kg di un litro di acqua allo stato liquido; quando l’acqua diventa ghiaccio, ha quindi una densità inferiore all’acqua: l’acqua è 9% meno densa dell’acqua, quindi occupa 9% di spazio in più e, per il principio di Archimede, rimane a galla sull’acqua.

MEDICINA ONLINE ACQUA BICCHIERE LIQUIDO CHIMICA DENSITA MASSA PESO CUBETTO ACQUA GHIACCIO GALLEGGIA SCIOGLIE VOLUME AUMENTA TRABOCCA SETE FABBISOGNO IDRICO BERE ASSETATO.jpg

Curiosità

Se si riempie completamente un bicchiere di acqua con un cubetto di ghiaccio che ci galleggia, quando il ghiaccio si scioglierà l’acqua traboccherà o no dal bicchiere? No: il cubetto di ghiaccio, sciogliendosi, non fa sollevare ulteriormente il livello dell’acqua, che quindi non traboccherà. Un cubo di ghiaccio, immerso nell’acqua, ne aumenta il livello poiché viene spostato un volume di acqua pari a quello della porzione di ghiaccio immersa. Poiché il ghiaccio ha una densità inferiore a quella dell’acqua liquida, non
tutto il blocchetto è immerso ma una parte, pari a meno di un decimo del volume totale, rimane al di fuori della superficie (si pensi per esempio agli iceberg, la cui
parte emersa è decisamente minore di quella sommersa). Man mano che il ghiaccio del
cubetto si scioglie, il volume di acqua spostata diminuisce e conseguentemente, il livello dell’acqua nel bicchiere dovrebbe a sua volta abbassarsi, tuttavia ciò non avviene poiché l’acqua del ghiaccio fuso va gradualmente ad aggiungersi all’acqua del bicchiere, facendo in modo che, nel complesso, il livello dell’acqua non diminuisca e non aumenti con il progressivo scioglimento del cubetto.

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