Fluidi-Prime definizioni-Pressione
Per fluidi intendiamo liquidi e gas.
I liquidi hanno un volume proprio, ma come forma assumono quella del recipiente che li contiene.
I gas non hanno nè una forma nè un volume propri, quello che hanno di definito è la massa.
Grandezze fisiche importanti nella descrizione dei fluidi sono la densità ρ (massa divisa per il suo volume) e il coefficiente di viscosità η. Questo coefficiente caratterizza il comportamento dei fluidi sottoposti a sollecitazione di scorrimento, la presenza di viscosità porta all’esistenza di forze tangenziali fra strati in moto relativo. Possiamo vederlo come analogo all’attrito tra corpi solidi a contatto e in moto relativo.
Dato che i liquidi sono poco compressibili, possiamo considerarli a densità indipendente dalla sollecitazione, ossia incompressibili.
Per i gas, invece, una sollecitazione che tende a comprimerli, non solo provoca una grossa variazione di volume, ma anche importanti effetti termici.
I liquidi hanno una densità che si attesta intorno ai 1000kg/m3, in particolare questo è il valore per l’acqua distillata, gli altri fluidi rimangono comunque intorno a questo ordine di grandezza. Solo il mercurio fa eccezione con un valore di 13600kg/m3.
I gas hanno una densità 1000 volte inferiore. L’aria presenta un valore di 1,29kg/m3 a 0°C. Questo perchè i gas sono rarefatti, i legami sono elementari, avvengono tra pochi atomi.
Pressione
Non è semplice capire bene questo concetto, soprattutto il fatto che essa è una grandezza scalare . Andiamo per gradi.
La pressione ci dice come una forza è distribuita su una superficie. Essa viene definita come il rapporto tra la componente della forza normale alla superficie e l’area della superficie.
Dato che la forza si misura in Newton e l’area in m2 , la pressione si misura in N/m2 che viene chiamato Pascal (Pa).
Cerchiamo di visualizzare la pressione. Immaginiamo di camminare sulla neve, prima con gli scarponi, poi con le racchette. Nel secondo caso l’orma è molto meno profonda, la pressione che esercitiamo è minore, semplicemente perchè abbiamo distribuito la forza che esercitiamo su una superficie maggiore.
Per aumentare la pressione posso diminuire la superficie oppure aumentare la forza. Provate a dare una martellata contro un muro, ora date la stessa martellata ad un chiodo appoggiato al muro, c’è una grossa differenza, in un caso fate un danno, nell’altro riuscita a penetrare nel muro.
Attenzione, questo vale quando la forza è perpendicolare alla superficie. Se la forza è applicata in diagonale dobbiamo considerare la sua componente normale alla superficie.
Facciamo un piccolo esperimento, prendiamo un palloncino, lo gonfiamo di aria e lo poniamo in un recipiente pieno di acqua dotato di uno stantuffo sul quale possiamo applicare una forza.
Con S indichiamo la superficie
dello statuffo
Applichiamo ora una forza F sulla superficie S dello stantuffo.
Quando applichiamo la forza F notiamo alcune cose. Il palloncino inizia a sgonfiarsi, questo vuol dire che F ha generato un livello di pressione in tutto il liquido. La pressione non è presente solo sul liquido a contatto con lo stantuffo, ma si è trasmessa in tutto il liquido, in particolare, ai punti di contorno del palloncino. Anche questi punti sono soggetti allo stesso livello di pressione. Questa pressione provoca una forza perpendicolare che comprime uniformemente ogni aureola della superficie. Se così non fosse vedremmo il palloncino deformarsi.
La pressione si diffonde rapidament in tutto il liquido e ricrea delle forze ortogonali su tutte le superfici a contatto con il liquido.
Se facciamo forza su di un liquido questo omogenizza questa forza tramite la pressione. Questa pressione ce la ritroviamo su ogni parte a contatto con il liquido.
Come accade questo ? Chi diffonde questa forza ? Semplicemente le particelle dell’acqua che poi sbattono contro le superfici a contatto con il liquido generando una forza perpendicolare.
Pensiamo all’aria, sappiamo che essa genera una pressione di 1 atmosfera, da dove scappa fuori questa pressione ? Le particelle di aria sbattono continuamente e casualmente su ogni superficie, questi urti costituiscono una pressione che si esplica con una forza perpendicolare alla superficie.
Parleremo più in dettaglio della pressione atmosferica in seguito.
A questo punto possiamo affermare che : la pressione in un fluido si trasmette ovunque e quando viene a contatto con una superficie genera una forza che tende a comprimere. La pressione è uno scalare.
Prossima lezione Principio di Pascal