Fondamenti di Meccanica dei Fluidi Incomprimibili – Flashcard

50 flashcard in stile Domanda e Risposta sui principali concetti di Meccanica dei Fluidi Incomprimibili trattati nel testo, ideali per la preparazione all’esame.

Quale caratteristica distingue un fluido da un solido in termini di deformabilità?

Il fluido si deforma facilmente sotto azione di forze tangenziali, mentre il solido mantiene forma e volume.

Perché un gas occupa tutto il volume disponibile mentre un liquido no?

Nei gas le forze intermolecolari sono trascurabili e le distanze tra particelle grandi; nei liquidi le forze coesive limitano l’espansione del volume.

Come si definisce la densità di un fluido?

È il rapporto tra massa m e volume V che la contiene: ρ = m ⁄ V (kg/m³).

Qual è la relazione tra peso specifico γ e densità ρ?

γ = ρ·g, dove g è l’accelerazione di gravità (9,81 m/s²).

Quale valore convenzionale si assume per la densità dell’acqua a 20 °C?

1 000 kg/m³ (peso specifico 9 810 N/m³).

Che cosa afferma la condizione di aderenza (no-slip)?

La velocità del fluido sulla superficie solida è uguale a quella della superficie stessa; sul muro il fluido si arresta.

Che cos’è la viscosità dinamica μ e in che unità SI si misura?

È il coefficiente di proporzionalità tra sforzo tangenziale e gradiente di velocità nei fluidi newtoniani; si misura in Pa·s.

Enuncia la legge di Newton per i fluidi newtoniani.

τ = μ·(du/dn), lo sforzo tangenziale τ è proporzionale al gradiente di velocità normale alla direzione di moto.

Come varia la viscosità dei liquidi con la temperatura?

Nei liquidi μ diminuisce all’aumentare della temperatura perché le molecole si muovono più liberamente.

Scrivi la formula del numero di Reynolds per un condotto circolare.

Re = V·D ⁄ ν (o V·D·ρ ⁄ μ), dove V è la velocità media e D il diametro interno.

Che cosa indica il valore del numero di Reynolds?

Il rapporto tra forze d’inerzia e forze viscose; alto Re → moto dominato dall’inerzia, basso Re → dominanza della viscosità.

Definisci il numero di Froude.

Fr = V ⁄ √(g·l), rapporto tra forze d’inerzia e forza peso; l è una lunghezza caratteristica (es. tirante idrico).

Qual è l’espressione della legge di Stevin?

p = p_atm + γ·h, la pressione cresce linearmente con la profondità h in un liquido incomprimibile in quiete.

Che cosa si intende per tirante idrico?

La distanza verticale tra il pelo libero del liquido e il punto considerato (o il fondo del serbatoio).

Differenza fra pressione assoluta e pressione relativa?

La pressione relativa è la pressione assoluta meno la pressione atmosferica; sul pelo libero p_rel = 0.

Come si calcola la spinta su una parete piana immersa?

S = pG·A, dove pG è la pressione al baricentro geometrico della parete e A la sua area.

Che cosa rappresenta la particella fluida nel modello continuo?

Un piccolo volume in cui le proprietà (densità, velocità, ecc.) sono uniformi e indipendono dal moto molecolare.

Cita una situazione in cui l’ipotesi di mezzo continuo può fallire.

Vicino a superfici di separazione tra fluidi non miscibili o in gas molto rarefatti (flussi ad alta quota).

Scrivi il teorema di Bernoulli per un filetto fluido.

z + p/γ + v²/2g = costante lungo il filetto, per fluido perfetto incomprimibile in moto permanente.

Che cosa si intende per carico idraulico totale?

E = z + p/γ + v²/2g, somma di quota geodetica, altezza piezometrica e altezza cinetica.

In una corrente gradualmente variata, quale grandezza è costante su una sezione?

La quota piezometrica h = z + p/γ è uguale in tutti i punti della sezione.

Definisci la portata volumetrica Q.

È il volume di fluido che attraversa una sezione nell’unità di tempo: Q = ∫A vn dA (m³/s).

Come si calcola la velocità media di portata?

V = Q ⁄ A, rapporto tra portata e area della sezione.

Qual è il principio di un manometro a U?

Misura la differenza di pressione tramite lo squilibrio di colonne di liquidi di densità nota in un tubo a U.

Con quale formula il tubo di Pitot ricava la velocità?

V = k_PT·√(2g·Δh), dove Δh è la differenza di quota piezometrica tra presa statica e dinamica.

Che cos’è l’effetto Venturi?

In un condotto convergente la velocità aumenta e la pressione diminuisce, secondo il teorema di Bernoulli.

Che cosa rappresenta il coefficiente di efflusso Cd di una luce?

Cd = Cv·Cc, prodotto di coefficiente di velocità e di contrazione; quantifica la portata reale rispetto a quella ideale.

Enuncia la legge di Torricelli.

La velocità di efflusso da un foro a battente è v = √(2g·h).

Che cos’è la sezione contratta in un getto a battente?

La sezione minima del getto subito a valle del foro, dove le traiettorie diventano parallele.

Principio dei misuratori di portata elettromagnetici.

Basati sulla legge di Faraday: la tensione indotta tra elettrodi è proporzionale al prodotto B·V·D e quindi alla portata.

Che fenomeno fisico sfruttano i misuratori di portata ad ultrasuoni Doppler?

La variazione di frequenza di un segnale sonoro riflesso da particelle in sospensione, proporzionale alla velocità del fluido.

Scrivi la legge di Darcy per la filtrazione.

q = –Kf · J, dove q è la velocità di filtrazione, Kf la permeabilità e J la cadente piezometrica.

Che cos’è il coefficiente di filtrazione K_f?

È la costante di proporzionalità che dipende da porosità, granulometria e viscosità del fluido; misura la permeabilità del mezzo.

Qual è il valore critico del numero di Reynolds della filtrazione?

Re_g critico ≈ 10; oltre questo valore la legge di Darcy non è più lineare.

Differenza principale tra moto laminare e turbolento.

Nel moto laminare i filetti sono ordinati e sforzi tangenziali dati solo da viscosità; nel turbolento compaiono fluttuazioni caotiche che aumentano la resistenza.

Quali limiti di Re separano laminare, transizione e turbolento in condotto?

Laminare: Re < 2 000; transizione: 2 000 < Re < 4 000; turbolento: Re > 4 000.

Formula di Poiseuille per il fattore d’attrito λ in regime laminare.

λ = 64 ⁄ Re.

Formula di Blasius per tubi lisci in turbolenza.

λ = 0,316 · Re^(–0,25) per 4 000 < Re < ~100 000 in tubi idraulicamente lisci.

Che formula esplicita fornisce Swamee & Jain per λ?

λ = 0,25 / [log10( (ε/D)/3,7 + 5,74/Re^0,9 )]^2.

Che cosa rappresenta la scabrezza relativa ε/D?

Il rapporto fra altezza media delle asperità della parete e diametro interno del tubo; influenza λ in turbolenza.

Scrivi la relazione di Darcy-Weisbach per la perdita di carico.

J = λ · (V² / 2gD), cadente piezometrica per moto uniforme in condotti.

Che cos’è la eddy viscosity ν_t?

Viscosità turbolenta apparente che rappresenta l’incremento di sforzi tangenziali dovuto a fluttuazioni di Reynolds.

Come si definisce convenzionalmente lo spessore di strato limite?

Distanza dalla parete dove la velocità raggiunge il 99 % della velocità indisturbata.

Che cos’è il modulo di comprimibilità cubica ε e quale ordine di grandezza ha per l’acqua?

È la variazione di pressione necessaria a variare di 1 unità il volume relativo; per l’acqua ε ≈ 2·10⁹ N/m².

Definisci la tensione di vapore.

Pressione alla quale un liquido è in equilibrio con il suo vapore alla stessa temperatura.

Che cosa si intende per cavitazione?

Formazione e successivo collasso di bolle di vapore quando la pressione scende sotto la tensione di vapore, causando danni e vibrazioni.

Cosa afferma la legge di Henry riguardo la solubilità dell’aria in acqua?

La quantità di gas disciolto è proporzionale alla pressione; diminuendo la pressione o aumentando la temperatura il gas fuoriesce.

Che cos’è la porosità n di un mezzo poroso?

Rapporto tra volume dei vuoti e volume totale del mezzo; misura la quantità di spazio disponibile al fluido.

Come si ricava la velocità media nei pori di un filtro?

v_m = q / n, dividendo la velocità di filtrazione per la porosità del mezzo.