6 Fluidi e Pressione - Capitolo di Fisica

FLUIDI

• I fluidi si dividono in liquidi e aeriformi.
• I liquidi hanno volume proprio e assumono la forma del recipiente.
• Gli aeriformi non hanno volume proprio e assumono la forma e il volume del recipiente.
• A differenza dei solidi, una forza efficace su un fluido deve essere applicata a una superficie, non a un punto.
• In quiete, la forza è sempre perpendicolare alla superficie.

PRESSIONE

• Poiché nei fluidi le forze agiscono su una superficie, è importante il concetto di pressione.
• L'unità di misura della pressione è il Pascal (Pa).
• 1 Pa = 1 N/m².
• Altre unità di misura includono il bar (1 bar = 10⁵ N/m²) e l'atmosfera (1 atm = 1,013 bar).
• In un aeriforme, la pressione è dovuta agli urti e al movimento delle molecole del gas che provocano una variazione della quantità di moto.
• Nei liquidi, invece, tale forza è trascurabile.

ISOTROPIA DELLE PRESSIONI

• In un fluido a riposo racchiuso in un recipiente, la pressione esercitata su ogni parete è perpendicolare ad essa.
• Considerando una superficie immaginaria all'interno del fluido, la pressione è perpendicolare alla superficie e uguale sulle due facce.
• Altrimenti, si avrebbe la formazione di una corrente.
• Nel caso dei liquidi, la pressione è principalmente dovuta al peso del liquido e alla pressione esercitata sulla superficie libera.
• In generale, in un fluido, la pressione in un punto è uguale in tutte le direzioni, ma varia con la profondità a causa del peso del fluido stesso.

PRINCIPIO DI PASCAL

• La pressione esercitata su una superficie infinitesima all'interno di una massa fluida ha lo stesso valore qualunque sia la giacitura della superficie.
• La pressione viene trasmessa con la stessa intensità in ogni punto del fluido.
• Il principio di Pascal è alla base del funzionamento del martinetto idraulico.
• Una forza applicata su una superficie di un liquido viene trasmessa a un'altra superficie, generando forza maggiore su quest'ultima.
• Il rapporto tra le due forze corrisponde al rapporto tra le due superfici.

VARIAZIONE DELLA PRESSIONE CON L'ALTEZZA

• In un fluido in quiete, la pressione è uguale in tutte le direzioni alla stessa profondità.
• In mare, la pressione aumenta con la profondità.
• La pressione atmosferica decresce con l'altezza.
• Le definizioni di densità (massa per unità di volume) e peso specifico (peso per unità di volume) sono richiamate.

PRESSIONE IDROSTATICA

• Le forze su un piccolo volumetto di liquido sono dovute alla pressione esercitata dal fluido circostante e al peso del volumetto.
• Le forze lungo le pareti laterali si annullano a vicenda.
• La forza sulla superficie inferiore è uguale alla pressione sulla superiore aumentata di Δp.
• Le forze sono perpendicolari, altrimenti si avrebbe corrente.

PRINCIPIO DI STEVINO

• La variazione di pressione in un fluido è data dal prodotto della densità, dell'accelerazione di gravità e della variazione dell'altezza.
• In un liquido con superficie libera, la pressione ad una profondità h è data dalla pressione atmosferica in superficie più il prodotto del peso specifico del liquido per la profondità.

LEGGE DI ARCHIMEDE

• Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l'alto pari al peso del volume di fluido spostato.
• La spinta idrostatica (forza di Archimede) è uguale al prodotto della massa del volume di fluido spostato per l'accelerazione di gravità.
• La massa del volume di fluido spostato è maggiore quanto maggiore è la densità del fluido.
• Se il peso del corpo immerso è maggiore del peso del volume di fluido spostato, il corpo affonda.
• Se è uguale, il corpo resta in equilibrio.
• Se è minore, il corpo galleggia.

FORZE DI VAN DER WAALS

• Le forze di Van der Waals agiscono a livello molecolare.
• Le forze sono attrattive a grandi distanze e repulsive a piccole distanze tra le molecole.
• Sono responsabili della tensione superficiale e della capillarità.

TENSIONE SUPERFICIALE

• Una molecola all'interno del fluido è sottoposta a forze in tutte le direzioni che si annullano a due a due.
• Le molecole in superficie sono attratte all'interno del liquido, creando una tensione superficiale.
• La tensione superficiale è una forza per unità di lunghezza esercitata sui bordi del liquido.
• Si misura in N/m e si indica con τ.

CAPILLARITA'

• Le forze di adesione tra le molecole di un liquido e il recipiente sono simili alle forze di coesione tra le molecole dello stesso liquido.
• La forma della superficie libera del liquido viene influenzata dalle forze di adesione e coesione
• Se la forza di adesione è maggiore della forza di coesione, il liquido bagna la parete e la superficie libera si incurva verso l'alto.
• Se la forza di adesione è minore della forza di coesione, il liquido non bagna la parete e la superficie libera si incurva verso il basso (menisco convesso).
• L'altezza raggiunta dal liquido nei capillari è inversamente proporzionale al raggio del capillare.

DINAMICA DEI FLUIDI

• La dinamica dei fluidi è complessa, in particolare a causa della turbolenza.
• Per semplificare, si considerano fluidi incompressibili, flussi laminari e assenza di viscosità

FLUSSO DI UN FLUIDO (PORTATA)

• Flusso o portata è il volume (o massa) di fluido che attraversa una superficie in un'unità di tempo. Si misura in m³/s.
• In un condotto con pareti rigide e in moto stazionario, il volume di fluido che attraversa due sezioni è lo stesso. Quindi il prodotto di sezione per velocità è costante.
• La sezione per la velocità rappresenta la portata (es. 100 cm³/s in cui l'acqua scorre in una determinata sezione).

TEOREMA DI BERNOULLI

• Il teorema mette in relazione velocità, forza peso, altezza e pressione in un fluido.
• La somma della pressione, dell'energia cinetica per unità di volume e dell'energia potenziale per unità di volume è costante lungo una linea di flusso.
• In un fluido in movimento, la pressione diminuisce all'aumentare della velocità.
• In un tubo di sezione variabile, la pressione diminuisce dove la sezione diminuisce (effetto Venturi).

LIQUIDI VISCOSI

• Nei fluidi reali, la viscosità è importante, ovvero la resistenza nel flusso causata dallo scorrimento di uno strato di fluido sull'altro, creando attrito.
• Ogni strato di liquido trascina lo strato sottostante, con velocità decrescenti in direzione del flusso.
• Questo tipo di movimento è chiamato moto laminare.
• La forza di attrito viscoso dipende dal coefficiente di viscosità n.
• Il coefficiente di viscosità dipende dalla temperatura e pressione.

MOTO DI UN FLUIDO IN UN TUBO

• Se la velocità supera un valore critico, si hanno vortici e lo scorrimento non è più regolare (moto turbolento)
• La velocità critica è data dalla relazione Vc = Rcn/Rp.

CIRCOLAZIONE DEL SANGUE

• Il ventricolo sinistro alimenta la circolazione sistemica.
• Il ventricolo destro alimenta la circolazione polmonare.
• La portata è costante in un ciclo cardiaco, quindi è costante la quantità di sangue che circola al secondo (es. 5 litri al minuto).
• La portata totale nei vasi si somma in corrispondenza dei vasi paralleli.
• La velocità del sangue nelle arterie è inversamente proporzionale alla sezione del vaso.
• Il lavoro del cuore è diverso da zero nella fase di svuotamento del sangue dai ventricoli.

ANEURISMA

• Nell'aneurisma, un vaso sanguigno si ingrossa e, se la parete non resiste alla pressione, può scoppiare.
• Il tono vasomotore può regolare l'elasticità e prevenire lo scoppio.

Questo quiz esplora i concetti fondamentali sui fluidi e sulla pressione. Analizza le differenze tra liquidi e aeriformi, e come la pressione si comporta in ciascun tipo di fluido. Scoprirai anche le unità di misura della pressione e il principio di isotropia delle pressioni in un fluido. Preparati a testare le tue conoscenze in fisica!