Levitazione, oscillazioni e propagazione di onde di gravità interne in un fluido stratificato = Levitation, oscillations, and wave propagation in a stratified fluid

We present an engaging levitation experiment that students can perform at home or in a simple laboratory using everyday objects. A cork, modified to be slightly denser than water, is placed in a jug containing tap water and coarse kitchen salt delivered at the bottom without stirring. The salt gradually diffuses and determines a stable density stratification of water, the bottom layers being denser than the top ones. During the dissolution of salt, the cork slowly rises at an increasing height, where at any instant its density is balanced by that of the surrounding water. If the cork is gently pushed off its temporary equilibrium position, it experiences a restoring force and starts to oscillate. Students can perform many different measurements of the phenomena involved and tackle nontrivial physical issues related to the behaviour of a macroscopic body immersed in a stratified fluid. Despite its simplicity, this experiment allows to introduce various theoretical concepts of relevance for the physics of the atmosphere andstars and offers students the opportunity of getting acquainted with a simple system that can serve as a model to understand complex phenomena such as oscillations at the Brunt-V¨ais¨al¨a frequency and the propagation of internal gravity waves in a stratified medium.

Presentiamo un interessante esperimento di levitazione che gli studenti possono eseguire a casa o in un semplice laboratorio utilizzando oggetti di uso quotidiano. Un tappo di sughero, modificato per essere leggermente pi`u denso dell’acqua, viene posto in una brocca piena d’acqua a cui viene poi aggiunto sale grosso da cucina che si deposita sul fondo. In assenza di mescolamento, il sale si scioglie gradualmente e si diffonde nell’acqua determinando una stratificazione di densit`a gravitazionalmente stabile, dato che gli strati inferiori sono pi`u densi di quelli superiori. Durante la dissoluzione del sale, il tappo si solleva lentamente a un’altezza tale per cui in ogni istante la sua densit`a `e bilanciata da quella della miscela circostante. Se il tappo viene spostato dalla sua posizione di equilibrio, una forza di richiamo lo mette in oscillazione. Nonostante la sua semplicit`a, questo esperimento permette di introdurre diversi concetti teorici rilevanti per la fisica dell’atmosfera e delle stelle e offre agli studenti l’opportunit`a di familiarizzare con un sistema semplice che pu`o servire da modello per comprendere fenomeni complessi come le oscillazioni alla frequenza di Brunt-V¨ais¨al¨a e la propagazione delle onde di gravit`a interne in un mezzo stratificato.