FLUIDI
SCOPO: sperimentare le caratteristiche dei fluidi, i principi e le leggi ad essi correllate
Relazione di laboratorio Virginia Rizzon cl. 2^LS
cOS'E' UN FLUIDO?
Si definisce fluido un materiale molto deformabile in cui è facilmente variabile la reciproca posizione delle particelle elementari che lo costituiscono. Sono fluidi tutti i liquidi e i gas. Un fluido si definisce in equilibrio quando il movimento delle sue molecole è talmente minimo da non incidere sul moto complessivo del fluido.
quali sono le caratteristiche di un fluido?
La densità è una grandezza che esprime il rapporto tra la massa ed il volume di un corpo. La densità dipende dalla particolare sostanza di cui è fatto un corpo.
La pressione è una grandezza fisica che esprime il rapporto tra la forza applicata e la superficie (area) sulla quale è applicata. La pressione è una grandezza che dipende solo dalla componente della forza perpendicolare alla superficie del corpo sul quale è applicata, pertanto la possiamo scrivere come una grandezza scalare. Per la pressione si utilizzano diverse unità di misura. Per il Sistema Internazionale l'unità della pressione è il pascal (Pa) che equivale al newton su metro quadrato (N/m^2).
PRINCIPIO DI PASCAL
"In un liquido ideale una pressione che venga esercitata in un punto qualsiasi viene trasmessa inalterata a ogni suo altro punto e in ogni sua direzione."
legge di stevino
"La pressione esercitata da un fluido incomprimibile ad una certa profondità h è pari al prodotto della densità d del liquido per l'accelerazione di gravità g per la profondità stessa."
SPINTA DI ARCHIMEDE
legge sperimentale che rende conto della spinta che riceve un corpo immerso in un fluido
"un corpo immerso in un fluido ideale è soggetto ad una forza, diretta verso l’alto e in modulo pari al peso del volume di liquido spostato dal corpo immerso."
La spinta ricevuta dal corpo a volte va sotto il nome di spinta o forza archimedea, o anche spinta idrostatica.
VASI COMUNICANTI
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Per il primo esperimento abbiamo usato i vasi comunicanti e abbiamo inserito in uno dei tubicini del liquido colorato in modo da poterlo vedere chiaramente. Facendo attenzione ad eliminare le eventuali bollicine d'aria formatesi, abbiamo osservato che il livello dell'acqua è uguale in ogni tubicino. perchèLa pressione è uguale in tutti i punti del sistema.
Quando un liquido viene versato in un contenitore, la sua gravità fa sì che esso eserciti una pressione sulla superficie del liquido stesso. Questa pressione si trasmette attraverso il liquido in tutte le direzioni, anche attraverso i tubicini che collegano i vasi comunicanti.
+ INFO
MATERIALI: - vasi comunicanti - liquido con colorante
Per comprendere meglio cosa sia la pressione che agisce su un corpo, abbiamo analizzato in seguito un'altra situazione. Abbiamo preso un pesetto e lo abbiamo appoggiato sopra un blocchetto di legno. In questo caso, come nel caso del liquido nei vasi comunicanti, la pressione è data dal rapporto tra unità di forza su unità di superficie.
Abbiamo poi ripetuto lo stesso esperimenti dei vasi comunicanti con tubicini aventi fori di dimensione a livello di capillari. Così abbiamo potuto sperimentare che il liquido non mantiene, come invece accadeva nel caso precendente, livello costante.
Ciò avviene a causa delle forze che agiscono sulla superficie del liquido, come la tensione superficiale e l'adesione alle pareti dei tubicini.In particolare, nei tubicini più stretti, la tensione superficiale del liquido e l'adesione alle pareti dei tubicini diventano più significative rispetto alla forza di gravità, causando l'ascesa del liquido all'interno del tubicino. Al contrario, nei tubicini più larghi, la forza di gravità diventa preponderante rispetto alla tensione superficiale e all'adesione, causando la discesa del liquido.
Per il secondo esperimento abbiamo utilizzato un manometro (tubo a U) e del mercurio. Inserendo il mercurio nel manometro abbiamo osservato che i due menischi sono mantenuti allo stesso livello:
nei due rami la pressione dell'aria è infatti uguale.Abbiamo poi provato a variare il percorso dell'aria aggangiando a una delle colonnine del manometro una buretta con un imbuto: la situazione rimane invariata. Abbiamo quindi scoperto che la pressione dell'aria non dipende dal cammino da essa compiuto.
Se però immergo il raccordo formato da buretta e imbuto collegata ad uno dei tubicini dei menischi in acqua, allora uno dei due menischi aumenta altezza sempre più quando il tubo va verso il basso (l'acqua non entra in gioco perchè non entra nel sistema del manometro). Il dislivello tra i due menischi aumenta all'aumentare della profondità del tubo secondo un andamento lineare. La legge della pressione idrostatica è infatti una legge lineare che aumenta all'aumentare della profondità.
Con il terzo esperimento abbiamo sperimentato la legge di Archimede; per svolgerlo abbiamo avuto bisogno di: - un'asta - un dinamometro (strumento che misura la forza peso di un corpo NB: peso è diverso da massa) - un cilindro cavo - un becher - un pesetto - acqua - alcool
Per prima cosa abbiamo attaccato ad un dinamometro il pesetto nel fluido aria e abbiamo verificato che la sua forza peso era di 1,1 N. Abbiamo poi riempito un becher di acqua e abbiamo inserito dentro ad essa lo stesso pesetto: in questo caso la forza peso era di 0,94 N. Abbiamo quindi potuto concludere che nel caso del pesetto immerso nel fluido acqua agisce una forza opposta alla forza peso di 0,16 N: è la spinta di Archimede.
Per verificare che la forza opposta alla forza peso fosse proprio la forza di Archimede abbiamo estratto il pesetto dal cilindro cavo nel quale era contenuto e abbiamo riempito il cilindro cavo di acqua. La forza peso è tornata a 1,1 N: ciò significa che la forza opposta è pari al peso del volume d'acqua spostata. Infatti se aggiungo al peso dell'oggetto immerso una quantità d'acqua pari al volume dello stesso il peso del sistema sarà uguale al peso dell'oggetto nel fluido aria.
Se vario il liquido la spinta varia
Per verificare questo quesito abbiamo ripetuto lo stesso esperimento con l'alcool come fluido invece che l'acqua. L'alcool è meno denso dell'acqua (d=789 kg/m^3) infatti la forza peso del pesetto è risultata essere 0,95 N. La differenza tra il peso dell'oggetto in acqua e in alcool è però poca e dovrebbe essere maggiore: questo errore è dovuto al fatto che la soluzione di alcool che abbiamo utilizzato conteneva anche acqua. Grazie a ciò abbiamo quindi dimostrato che la spinta di Archimede dipende dalla densità del liquido in cui è immerso il corpo.
FLUIDI: relazione di laboratorio
Virginia Rizzon
Created on March 5, 2023
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FLUIDI
SCOPO: sperimentare le caratteristiche dei fluidi, i principi e le leggi ad essi correllate
Relazione di laboratorio Virginia Rizzon cl. 2^LS
cOS'E' UN FLUIDO?
Si definisce fluido un materiale molto deformabile in cui è facilmente variabile la reciproca posizione delle particelle elementari che lo costituiscono. Sono fluidi tutti i liquidi e i gas. Un fluido si definisce in equilibrio quando il movimento delle sue molecole è talmente minimo da non incidere sul moto complessivo del fluido.
quali sono le caratteristiche di un fluido?
La densità è una grandezza che esprime il rapporto tra la massa ed il volume di un corpo. La densità dipende dalla particolare sostanza di cui è fatto un corpo.
La pressione è una grandezza fisica che esprime il rapporto tra la forza applicata e la superficie (area) sulla quale è applicata. La pressione è una grandezza che dipende solo dalla componente della forza perpendicolare alla superficie del corpo sul quale è applicata, pertanto la possiamo scrivere come una grandezza scalare. Per la pressione si utilizzano diverse unità di misura. Per il Sistema Internazionale l'unità della pressione è il pascal (Pa) che equivale al newton su metro quadrato (N/m^2).
PRINCIPIO DI PASCAL
"In un liquido ideale una pressione che venga esercitata in un punto qualsiasi viene trasmessa inalterata a ogni suo altro punto e in ogni sua direzione."
legge di stevino
"La pressione esercitata da un fluido incomprimibile ad una certa profondità h è pari al prodotto della densità d del liquido per l'accelerazione di gravità g per la profondità stessa."
SPINTA DI ARCHIMEDE
legge sperimentale che rende conto della spinta che riceve un corpo immerso in un fluido
"un corpo immerso in un fluido ideale è soggetto ad una forza, diretta verso l’alto e in modulo pari al peso del volume di liquido spostato dal corpo immerso."
La spinta ricevuta dal corpo a volte va sotto il nome di spinta o forza archimedea, o anche spinta idrostatica.
VASI COMUNICANTI
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Per il primo esperimento abbiamo usato i vasi comunicanti e abbiamo inserito in uno dei tubicini del liquido colorato in modo da poterlo vedere chiaramente. Facendo attenzione ad eliminare le eventuali bollicine d'aria formatesi, abbiamo osservato che il livello dell'acqua è uguale in ogni tubicino. perchèLa pressione è uguale in tutti i punti del sistema. Quando un liquido viene versato in un contenitore, la sua gravità fa sì che esso eserciti una pressione sulla superficie del liquido stesso. Questa pressione si trasmette attraverso il liquido in tutte le direzioni, anche attraverso i tubicini che collegano i vasi comunicanti.
+ INFO
MATERIALI: - vasi comunicanti - liquido con colorante
Per comprendere meglio cosa sia la pressione che agisce su un corpo, abbiamo analizzato in seguito un'altra situazione. Abbiamo preso un pesetto e lo abbiamo appoggiato sopra un blocchetto di legno. In questo caso, come nel caso del liquido nei vasi comunicanti, la pressione è data dal rapporto tra unità di forza su unità di superficie.
Abbiamo poi ripetuto lo stesso esperimenti dei vasi comunicanti con tubicini aventi fori di dimensione a livello di capillari. Così abbiamo potuto sperimentare che il liquido non mantiene, come invece accadeva nel caso precendente, livello costante.
Ciò avviene a causa delle forze che agiscono sulla superficie del liquido, come la tensione superficiale e l'adesione alle pareti dei tubicini.In particolare, nei tubicini più stretti, la tensione superficiale del liquido e l'adesione alle pareti dei tubicini diventano più significative rispetto alla forza di gravità, causando l'ascesa del liquido all'interno del tubicino. Al contrario, nei tubicini più larghi, la forza di gravità diventa preponderante rispetto alla tensione superficiale e all'adesione, causando la discesa del liquido.
Per il secondo esperimento abbiamo utilizzato un manometro (tubo a U) e del mercurio. Inserendo il mercurio nel manometro abbiamo osservato che i due menischi sono mantenuti allo stesso livello:
nei due rami la pressione dell'aria è infatti uguale.Abbiamo poi provato a variare il percorso dell'aria aggangiando a una delle colonnine del manometro una buretta con un imbuto: la situazione rimane invariata. Abbiamo quindi scoperto che la pressione dell'aria non dipende dal cammino da essa compiuto.
Se però immergo il raccordo formato da buretta e imbuto collegata ad uno dei tubicini dei menischi in acqua, allora uno dei due menischi aumenta altezza sempre più quando il tubo va verso il basso (l'acqua non entra in gioco perchè non entra nel sistema del manometro). Il dislivello tra i due menischi aumenta all'aumentare della profondità del tubo secondo un andamento lineare. La legge della pressione idrostatica è infatti una legge lineare che aumenta all'aumentare della profondità.
Con il terzo esperimento abbiamo sperimentato la legge di Archimede; per svolgerlo abbiamo avuto bisogno di: - un'asta - un dinamometro (strumento che misura la forza peso di un corpo NB: peso è diverso da massa) - un cilindro cavo - un becher - un pesetto - acqua - alcool
Per prima cosa abbiamo attaccato ad un dinamometro il pesetto nel fluido aria e abbiamo verificato che la sua forza peso era di 1,1 N. Abbiamo poi riempito un becher di acqua e abbiamo inserito dentro ad essa lo stesso pesetto: in questo caso la forza peso era di 0,94 N. Abbiamo quindi potuto concludere che nel caso del pesetto immerso nel fluido acqua agisce una forza opposta alla forza peso di 0,16 N: è la spinta di Archimede.
Per verificare che la forza opposta alla forza peso fosse proprio la forza di Archimede abbiamo estratto il pesetto dal cilindro cavo nel quale era contenuto e abbiamo riempito il cilindro cavo di acqua. La forza peso è tornata a 1,1 N: ciò significa che la forza opposta è pari al peso del volume d'acqua spostata. Infatti se aggiungo al peso dell'oggetto immerso una quantità d'acqua pari al volume dello stesso il peso del sistema sarà uguale al peso dell'oggetto nel fluido aria.
Se vario il liquido la spinta varia
Per verificare questo quesito abbiamo ripetuto lo stesso esperimento con l'alcool come fluido invece che l'acqua. L'alcool è meno denso dell'acqua (d=789 kg/m^3) infatti la forza peso del pesetto è risultata essere 0,95 N. La differenza tra il peso dell'oggetto in acqua e in alcool è però poca e dovrebbe essere maggiore: questo errore è dovuto al fatto che la soluzione di alcool che abbiamo utilizzato conteneva anche acqua. Grazie a ciò abbiamo quindi dimostrato che la spinta di Archimede dipende dalla densità del liquido in cui è immerso il corpo.