fisica unita 3

MECCANICA DEI FLUIDI

quando si dice che un fluido è incomprimibile?

quando la sua densità è costante

cos’è il plasma?

gas ionizzato formato da elettroni liberi e ioni positivi globalmente neutro, ottenuto quando un gas riceve abbastanza energia da ionizzarsi. È elettricamente conduttore e risponde ai campi elettrici e magnetici. (quarto stato dellla materia)

che caratteristiche ha un superfluido?

caratterizzato dal fatto che la viscosità diventa nulla

densità media di un corpo

data dal rapporto tra la massa del corpo e il volume che quest’ultimo occupa:
ρm=m/V un.misura= Kg/m³

come si comporta la densità al variare della temperatura?

La densità diminuisce all’aumentare della temperatura ad eccezione dell’acqua la cui densità allo stato solido è inferiore della densità allo stato liquido per via dei legami a idrogeno.

definizione peso specifico

il rapporto adimensionale tra la densità di un corpo e la densità dell’acqua a 4°C:
peso specifico= ρ / ρh2o

oppure si puo definire come il peso di un corpo diviso il suo volume:
peso specifico= m*g / V

si misura in N/m³

Pressione

la pressione è data dal rapporto tra la forza normale F𝓃 alla superficie e l’area S della superficie:
p=F𝓃 / S

(F𝓃= F*cosθ cioè F𝓃 è la componente della forza perpendicolare alla superficie)

un.misura= Pa = N/m²

unità di misura pressione

Pa = N/m²

si usa anche il bar:
1bar=10^5 Pa

anche l’atmosfera:
1atm= 101325 Pa

e il torr:
1atm=760 torr → 1torr= 133,322 Pa

conversione Pa e bar

1bar = 10^5 Pa

forze di pressione cosa sono?

Le forze esercitate da un fluido sulle superfici con cui è a contatto, che a causa della pressione sono sempre perpendicolari alle pareti

F= p/S

quando un fluido è in equilibrio?

Quando è fermo e la risultante delle forze che agiscono su ogni sua parte è nulla ΣF=0. Le forze di pressione bilanciano il peso.

legge di stevino

La pressione su una superficie S a una profondità h è data dalla pressione esterna atmosferica più la pressione esercitata dal peso della colonna di fluido che la sovrasta.

P = P0 + ρgh

La pressione in un fluido in equilibrio aumenta con la profondità, con la densità del fluido e con g. La parte dovuta alla sola colonna di liquido è ρgh (pressione idrostatica).

pressione idrostatica

la pressione dovuta solo dalla colonna di fluido sovrastante la superficie

P= ρgh

Quale pressione agisce sulla superficie di un liquido esposto all'aria?

Agisce la pressione atmosferica Patm, che in condizioni standard vale:

1 atm= 1,013*10^5 Pa

Essa costituisce P0 nella legge di Stevino:

P=P0+ ρgh

come varia la pressione nell’acqua con la profondità?

nell’acqua ogni 10 m di profondità la pressione aumenta di 1 atm

Quindi, partendo da 1 atm in superficie:

• 10 m → ≈ 2 atm

• 20 m → ≈ 3 atm

• 30 m → ≈ 4 atm

ogni 10 m in acqua di quanto aumenta la pressione?

ogni 10 m la pressione aumenta di 1 atm in acqua

legge di pascal

in un fluido incomprimibile una variazione di pressione che ha luogo in un punto qualsiasi, si trasmette inalterata a tutto il fluido.

Quando è uguale la pressione alla base di due recipienti comunicanti con sezioni diverse?

Quando contengono lo stesso liquido e l’altezza di quest’ultimo è la stessa nei vari recipienti.

La pressione infatti dipende da ρ, g e h, non dalla sezione.

come si propaga la pressione in un fluido incomprimibile?

la pressione esercitata su un fluido incomprimibile confinato si trasmette ugualmente in tutte le direzioni, quindi è uguale in tutto il liquido.

ρgh

così si calcola la pressione idrostatica, cioè la pressione dovuta alla colonna di fluido sovrastante.

ρ = densità del liquido (kg/m^3)

g = accelerazione di gravità (m/s^2)

h = profondità o altezza della colonna di liquido (m)

Da cosa dipende la pressione idrostatica?

dalla densità del liquido ρ, dall’accelerazione di gravità g, dall’altezza o profondità h

legge di Archimede

un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l’alto pari al peso del volume di fluido spostato

Fa= ρfluido*Vfluido*h

Fa= ρ*V*h

principio di Archimede

un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l’alto pari al peso del volume di fluido spostato

Cosa determina la direzione della forza risultante su un corpo immerso?

Dipende dal confronto tra spinta di Archimede e peso:

se FA>P è verso l'alto;

se FA<P verso il basso;

se sono uguali, è nulla.

cosa determina se un corpo in un fluido affonda o gallegia?

è determinato dalla forza risultante di un corpo immerso in un fluido, cioè la somma tra la spinta di Archimede e la forza peso del corpo:

R= (ρf-ρc)*V*g

• ρf> ρc → R>0 → risultante verso l'alto → il corpo sale

• ρf< ρc→ R<0 → risultante verso il basso → il corpo affonda

• ρf= ρc→ R=0 → equilibrio

come si trova la frazione di volume immerso di un corpo galleggiante in un fluido?

la frazione di volume immerso è uguale la rapporto tra le densità del corpo e del fluido

es.

Vi/Vtot = 600/1000 = 0,6

il 60% del volume è immerso e il 40% è fuori dall'acqua.

moto laminare

quando un fluido si muove con una velocità non troppo elevata e si muove come se fosse composto da lamine che scorrono parallelamente una sull’altra con velocità diverse, minori vicino le pareti del condotto e maggiori verso il centro

moto turbolento

quando il fluido in un condotto aumenta la sua velocità e supera una velocità critica che dipende dal tipo di fluido e viene espressa dal numero di Reynolds.

quali sono le proprietà di un fluido ideale?

-densità costante e quindi il fluido è incomprimibile

-il fluido non è viscoso, quindi sono esclusi sia i moti laminari che turbolenti

-moto stazionario

moto stazionario

la velocità delle particelle che passa per un qualsiasi punto del liquido non cambia nel tempo

portata Q

la portata Q è il volume di fluido che attraversa la sezione A nell’unità di tempo.

un.misura= m³/s

formula della portata

volume di fluido che attraversa la sezione nell’unità di tempo.

un.misura= m³/s

formula della portata se conosciamo la sezione

Q = portata → quanto volume di fluido passa ogni secondo

A = area della sezione del tubo attraversata dal fluido

v = velocità del fluido

un.misura= m³/s

come variano in relazione velocità e sezione in un moto stazionario?

sezione condotto aumenta → velocità flusso diminuisce

sezione condotto diminuisce → velocità flusso aumenta

equazione di continuità

In un fluido incomprimibile in moto stazionario, la portata è costante in ogni sezione del condotto.

Se la sezione diminuisce, la velocità aumenta; se la sezione aumenta, la velocità diminuisce.

tensione superficiale

è il rapporto tra il lavoro necessario per variare di δS la superficie dell’interfaccia liquido-gas, e la superficie δS:

legge di pascal

in un fluido incomprimibile, una variazione di pressione prodotta in un punto qualsiasi si trasmette inalterata a tutto il fluido