Pressione e fluidi

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I FLUIDI

Con il termine fluido si identificano liquidi e gas. I primi sono costituiti da molecole in grado di scorrere le une sulle altre, sono incomprimibili , hanno volume proprio e assumono la forma del recipiente che li contiene. I gas sono costituiti da molecole libere di muoversi in modo disordinato, sono comprimibili e non hanno ne forma ne volume proprio.

Data una qualunque sostanza definiamo:

la densità come il rapporto tra massa e volume :

densità d = m/V

L’unità di misura della densità è kg/m3.

Il peso specifico come rapporto tra il peso e il volume :

peso specifico = P/V
L’unità di misura del peso specifico è N/m3.

Essendo il peso P = m*9,81 possiamo scrivere:
peso specifico = P/V = m*9,81/V = d*9,81.

La pressione è definita come il rapporto tra la forza premente e la superficie su cui agisce la forza:

pressione p = Fpremente/ superficie

L’unità di misura è il pascal ( Pa ) esso equivale alla forza di 1N che agisce sulla superficie di 1m2:
1Pa = 1N/m2

Anche un liquido esercita una pressione sul fondo del recipiente che lo contiene, nel caso di un liquido la superficie è l’area di base del recipiente. Tale pressione si chiama pressione idrostatica, essa dipende dall’altezza e dalla natura del liquido:

pressione idrostatica = densità*g*altezza

cioè, legge di Stevino, la pressione che un liquido esercita sul fondo di un recipiente è data dal prodotto tra la densità d, l’accelerazione di gravità g, l’altezza del recipiente.

Se esercitiamo una pressione sulla pareti di un recipiente contenente del liquido, si verifica sperimentalmente che la pressione si trasmette all’interno del liquido stesso.
Nel 1653 Blaise Pascal enunciò :
Una pressione esercitata sulla superficie di un liquido si trasmette con la stessa intensità ad ogni altra superficie a contatto con il liquido, indipendentemente da come essa è orientata. ( Legge di Pascal ).

La legge di Stevino e di Pascal ci permettono di interpretare il fenomeno dei vasi comunicanti: prendiamo recipienti di forme diverse che comunicano tra loro attraverso un tubo, un qualsiasi liquido versato in uno di essi raggiunge lo stesso livello in tutti i recipienti. ( Principio dei vasi comunicanti )

I corpi immersi in un liquido risentono di forze dovute alla pressione idrostatica.

Accade:

Le forze agenti si fanno equilibrio
La faccia superiore del corpo risente di una forza F1 diretta verso il basso
La faccia inferiore del corpo risente di una forza F2 diretta verso l’alto

Poiché F1 > F2 la risultante delle due forze è una forza orientata verso l’alto detta spinta idrostatica o spinta di Archimede.

Immergiamo un corpo in un liquido, esso riceve una spinta dal basso verso l’alto uguale al peso del liquido spostato ( principio di Archimede ):

Spinta di Archimede S = peso specifico del liquido * V

Un corpo immerso in un liquido può galleggiare o affondare a seconda che il peso sia minore o maggiore della spinta idrostatica. Il peso P è maggiore della spinta S quando il peso specifico del corpo è maggiore di quello del liquido, viceversa P è minore di S quando il peso specifico del corpo è minore di quello del liquido:

P > S il corpo affonda densità_corpo > densità_liquido
P < S il corpo galleggia densità_corpo <densità_liquido

La spinta di Archimede è presente anche quando un solido è immerso in un gas, si parla di spinta aerostatica S e vale quanto detto per i corpi immersi in un liquido.

Anche l’aria esercita una pressione : chiamiamo pressione atmosferica la pressione dovuta al peso dell’aria che circonda la Terra. Al livello del mare la pressione atmosferica è uguale alla pressione di una colonna di mercurio alta 760 mm, il suo valore è:
pa = 1 atm = 101000 Pa

La pressione in fondo ad un recipiente aperto è data dalla somma della pressione atmosferica e quella data dalla legge di Stevino:
p = pa + dgh

Pressione e fluidi