Equilibrio nei fluidi

Pressione e principio di Pascal

Per deformare un oggetto, per esempio una palla di gomma, occorre, come si Ŕ visto, che qualcosa al di fuori dell'oggetto eserciti su di esso una coppia di forze. Sino ad ora abbiamo considerato corpi diversi (elastici, molle, tavoli, matite) dotati di maggiore o minore elasticitÓ, con deformazioni pi¨ o meno visibili, ma sempre corpi solidi. Come si pu˛ esercitare una forza su un corpo fluido?

Chiamiamo fluidi tutti i corpi che non si trovano in fase solida: sono fluidi i liquidi, i vapori e i gas.

Il comportamento di un corpo fluido Ŕ diverso da quello di un corpo solido: il fluido non ha forma propria, Ŕ sfuggente, ha bisogno di un contenitore per essere maneggiato. Come possiamo comprimere dell'acqua o dell'aria? L'acqua e i liquidi in genere sono pochissimo comprimibili, a meno di non esercitare forze enormi; l'aria e i gas invece si comprimono facilmente. Come si esercitano queste forze?

siringa (8K)

Consideriamo un piccolo recipiente cilindrico, chiuso da uno stantuffo libero di scorrere (si pensi a una comune siringa in cui il buco dell'ago sia stato tappato): si pu˛ esercitare una forza sull'aria contenuta nel cilindro spingendo sullo stantuffo. Quindi per agire sui corpi fluidi abbiamo bisogno di distribuire la forza su una superficie: la forza esercita una pressione se il suo effetto si distribuisce su una supeficie perpendicolare alla direzione della forza. La pressione Ŕ una nuova grandezza fisica utilizzata specialmente quando si tratta di fluidi.

Quando la forza Ŕ perpendicolare (normale) alla superficie, la pressione Ŕ definita come il rapporto tra l'intensitÓ della forza e la superficie.

pressione = forza normale / superficie

Se la forza non Ŕ perpendicolare alla superficie, la pressione Ŕ data solo dalla componente normale diviso la superficie stessa.

Mentre la forza Ŕ una grandezza vettoriale, la pressione Ŕ uno scalare. Essa ha quindi una intensitÓ, ma non una direzione e si somma algebricamente come tutte le grandezze scalari. Il vettore che viene spesso disegnato rappresenta quindi la forza normale associata alla pressione. L'unitÓ di misura della pressione nel SI Ŕ il pascal (simbolo Pa):

1 Pa = 1 N / m2

Questa unitÓ di misura Ŕ molto piccola perchŔ rappresenta una piccola forza di 1 N distribuita su una grande superficie di 1 m2. Molto comunemente si usano i kPa.

pascal (9K)

La pressione esercitata sulla superficie dello stantuffo si trasmette a tutta l'aria all'interno del cilindro che a sua volta esercita la stessa pressione su tutte le pareti interne del contenitore, indipendentemente dalla loro orientazione.

Principio di Pascal

La pressione esercitata in un punto qualunque di un fluido, si trasmette inalterata su tutti i punti del fluido

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Con una piccola forza sul pedale del freno di un'automobile la pressione si trasmette attraverso il liquido del circuito frenante fino alle ganasce che hanno una grande superficie ed esercitano, a paritÓ di pressione, una grande forza sul disco collegato alle ruote.

A paritÓ di forza, la pressione Ŕ inversamente proporzionale alla superficie:

la pressione diminuisce sela pressione aumenta se
si cammina sulla sabbia piuttosto che sui sassisi calzano scarpe chiodate o tacchi a spillo
si hanno zampe grosse come quelle degli elefantila lama di un coltello che taglia il pane Ŕ affilata
si cammina sulla neve con le ciaspole o gli scisi spinge una puntina da disegno nel legno