I FLUIDI

I PRINCIPI DI EQUILIBRIO

FISICA

L'equilibrio dei fluidi

la pressione atmosferica

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I vasi comunicanti

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La pressione

I fluidi

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I Fluidi

Un fluido è in equilibrio quando è in uno stato di quiete e i movimenti microscopici che compie non influiscono su l'intera massa. Siccome i fluidi sono sostanze dalla forma variabile, non rimangono in equilibrio se sottoposte a forze parallele. Se si esercitano forze perpendicolari invece, il fluido può rimanere in equilibrio.

I fluidi sono tutte le sostanze che possono scorrere liberamente e non possiedono una forma propria. Il nome fluido è dato dalla capacità che esso possiede di fluire, grazie alla sua struttura molecolare e atomica. I fluidi possono essere liquidi o gas. I liquidi non hanno un volume costante, perchè non riempiono tutto il recipiente. I gas invece possiedono la capacità di variare il volume e riescono ad occupare tutto il recipiente.

La pressione è una forza perpendicolare esercitata su un area. Noi, senza saperlo, ogni giorno esercitiamo una pressione. Basta pensare a quando schiacciamo il tubetto del dentifricio per farlo uscire o anche quando appoggiamo un dito su un palloncino, noi stiamo applicando una pressione. Se noi usiamo uno spillo al posto del dito il palloncino scoppierà, perchè l'area dello spillo è minore di quella del dito: infatti la pressione è direttamente proporzionale alla forza premente e indirettamente proporzionale all'area.

Nel SI la pressione si misura in Pascal (1Pa=1N/m2), dal celebre scienziato Blaise Pascal. La pressione si misura con il manometro.

la pressione

La pressione atmosferica

Evangelista Torricelli, nel 1644, realizzò un esperimento utilizzando il barometro a liquido, formato da una provetta lunga 1 metro capovolta in una vaschetta. La provetta contiene il mercurio, che fluisce nella vaschetta fino a quando ha un'altezza di 760mm. Torricelli dedusse in particolari condizioni la pressione atmosferica è uguale a quella esercitata da una colonna di mercurio alta 766 mm.

Noi non percepiamo la pressione atmosferica perchè essa preme con la stessa intensità da tutte le parte e viene bilanciata dalle pressioni nel nostro corpo.

1 atmosfera (atm) = 1.013·105 Pa 1 bar = 105 Pa

La pressione atmosferica è la pressione esercitata dall'aria che avvolge la terra, l'atmosfera. Essa varia a seconda delle condizioni metereologiche e dell'altitudine. La pressione atmosferica può presentarsi in più unità di misura:

Stevin

Perciò la pressione sul fondo sarà uguale a P1+Pam. Noi ce ne accorgiamo quando andiamo sott'acqua, anche a qualche metro dalla superficie iniziano a fischarci le orecchie o sentiamo la testa scoppiare. Questo accade perchè le pressioni interne al nostro corpo non sono più in grado di bilanciare la pressione esterna.

Stenvino, (1548-1620), è famoso per aver capito che nei liquidi la pressione varia al variare della profondità. In superficie la pressione esercitata è minore di quella esercitata sul fondo perchè ad essa si aggiunge il peso del liquido.

Quandi i vasi vengono riempiti con due liquidi diversi, anche il livello del liquidi sarà diverso. La pressione invece, è uguale in entrambi i liquidi.

Questo principio si basa sulla proprietà di livellamento dei liquidi.Nei vasi comunicanti, riempiti con lo stesso liquido, quest'ultimo ha un livello costante perchè la pressione alla base del recipiente è uguale in tutto il liquido. I vasi comunicanti si possono trovare in un'infinità di forme diverse, perchè raggiungeranno sempre lo stesso livello.

I vasi comunicanti

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Il principio di Pascal

Il principio di pascal dice che se viene esercitata una pressione P+Patm sulla superficie di un fluido, essa si trasmette in tutto il fluido. Il torchio idraulico permette di dimostrare questo principio. Esso è formato da due cilindri, uniti e riempiti con un fluido, alla cui estremità si trovano due pistoni, di aree differenti. Sottoposti alla Patm i pistoni non si muovono ma se si applica una forza sull'A1 la pressione aumenta. Secondo il principio di pascal la pressione aumenta anche nel secondo cilindro e aumenta anche la forza che solleva il secondo pistone. Il torchio idraulico permette quindi di sollevare un grosso carico esercitando una pressione minima.

La forza di galleggiamento

Qualsiasi oggetto immerso in un liquido è sottoposto ad una spinta, la forza di galleggiamento o Spinta di Archimede, opposta alla Forza perpendicolare, che è uguale al peso dell'oggetto. Una volta raggiunta la posizione di equilibrio, la spinta equivale il peso.

Il principio o legge di Archimede è una legge sperimentale che riguarda la spinta che riceve un corpo immerso in un fluido.

Noi sappiano che fluido esercita una pressione sulle pareti del recipiente, sugli oggetti immersi e sugli altri punti del fluido. La pressione in un fluido in equilibrio agisce ugualmente in tutte le direzioni, percui le forze uguali opposte si annullano, ed è perpendicolare rispetto alla superficie sulla quale si esercita.

La nave galleggia perché la forza-peso che agisce sullo scafo di ferro (che è cavo) è compensata dalla spinta di Archimede, che è rivolta verso l’alto. La legge di Archimede vale anche per i gas: è la spinta di Archimede a far salire una mongolfiera o un palloncino riempito di elio.

Più è grande il volume del corpo immerso, tanto maggiore è la spinta verso l’alto, perché è più grande il volume di acqua che è stato spostato. Per esempio, quando si vara una nave, lo scafo entra in acqua e sposta una grande quantità d’acqua. Questo volume di acqua è rimpiazzato da ciò che è contenuto nella parte immersa della nave .

Una forza di intensità F=65N è esercitata dalla parte affilata della lama di un coltello. La lama è lunga 12 cm e larga circa 0,050 mm. Quanto vale la pressione esercitata dalla lama sul formaggio?

Sei un ingegnere navale! Ti danno l'incarico di progettare una nave la cui massa, carico compreso, deve essere di 4.000 kg. Quanto volume deve contenere la nave se non vuoi che affondi?