Principi fondamentali della fisica dei fluidi e loro applicazioni

(1) Concetto di fluido;

(2) Concetto di pressione;

(2.1) Pressione nei fluidi;

(3) Principio di Pascal;

(3.1) Principio di funzionamento del torchio idraulico;

(4) I vasi comunicanti;

(5) Principio di Stevino;

(6) Principio di Archimede;

Concetto di fluido

Per fluido si intende quel gruppo di stati di aggregazione che non hanno ne forma ne volume proprio, ovvero i gas e i liquidi che assumono la forma a seconda del contenitore nel quale vengono immessi.
La pressione p esercitata da una forza F che viene esercitata perpendicolarmente rispetto ad un’area A viene data dal rapporto:

P=

La pressione è una forza scalare perché il rapporto che la definisce viene dato dal modulo della forza e dall’area; la sua unità di misura nel sistema internazionale è il Pascal (Pa).

(2.1) Pressione nei fluidi;Considerando un fluido in quiete, ovvero fermo, possiamo trovare le seguenti caratteristiche:

(a) la forza esercitata su una superficie a contatto con un fluido viene trasmessa in modo perpendicolare alla superficie;

(b) in qualsiasi punto del fluido la pressione è uguale.

Principio di Pascal

Il principio di Pascal dice:” Una pressione esterna esercitata su una superficie a contatto con un fluido si trasmette invariata in tutto il fluido;

Durante le spiegazioni di questo argomento abbiamo osservato nel laboratorio di fisica un esperimento eseguito dal docente che mostrava per bene il principio di Pascal, ovvero l’esperimento della bottiglia. L’esperimento consisteva nel forare la bottiglia ad una determinata altezza più volte (ad altezze pari) e successivamente riempirla di acqua, dopo di che abbiamo visto che senza tappo l’acqua usciva dai fori mentre con il tappo l’acqua rimaneva all’interno della bottiglia, perché con il tappo interrompevamo la colonna d’aria che sovrastava l’acqua che a quel punto veniva esercitata sul tappo.

Funzionamento del torchio idraulico

Lo scopo del torchio idraulico è quello di alzare un grande peso esercitando una forza minima.

applicando una forza al pistone con la sezione più piccola, facendolo scendere, quella forza si propaga uniformemente in tutto il fluido, fino a raggiungere l'altro pistone, che di conseguenza si alza, inoltre grazie alla sua sezione più grande, gli effetti della forza iniziale vengono aumentati.

Vasi comunicanti

Per vasi comunicanti si intende un insieme di recipienti collegati, aventi forma diversa ma stessa altezza, fra loro. Se questi ultimi vengono riempiti con un liquido qualsiasi vedremo che l’altezza è la stessa per tutti i vasi indipendentemente dalla forma. Questa affermazione viene rispecchiata dalla formula seguente:

P=dhg

e nei tubi ad U servono a determinare la densità di un liquido) la pressione viene determinata dalla seguente formula:

h1/h2=P1/P2

Principio di Stevino

Ad una certa altezza h la pressione dovuta al peso di un liquido di densità d è:

P=dgh

ricavata dalla formula: P=F/A

dove operiamo nel seguente modo: P=F/A= mg/A= dVg/A= dAhg/A= dgh

la formula scritta al dettaglio sarebbe: P=p0+dgh
Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l’alto (Sa) pari al peso del volume di fluido spostato, la formula che ci aiuta a determinare la spinta idrostatica di un corpo qualsiasi è la seguente:

Sa= dgV

dove g è la forza di gravità, d è la densità del fluido, V è il volume del corpo immerso.