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Fluidi. Portata. Pressione. Densità



Nei capitoli precedenti ci siamo occupati del moto dei corpi considerandoli punti materiali o corpi estesi indeformabili. Ora vogliamo studiare la dinamica nel caso il corpo sia fluido. Il termine fluido deriva dal latino fluere, cioè scorrere e indica ogni sostanza gassosa o liquida. Infatti i liquidi e i gas sono in grado di scorrere: scorre l'acqua dei fiumi, il gas nelle condutture, un succo di frutta in una cannuccia.


Quali sono le differenze tra liquidi e gas?

  • i liquidi non hanno una forma propria ma hanno un volume proprio; per assurdo se non avessero volume proprio occuperebbero tutto il volume del contenitore e noi avremmo bottiglie d'acqua sempre piene (ma con densità sempre minore). Sono inoltre incomprimibili.

  • i gas non ne hanno una forma propria ne un volume proprio, cioè tendono ad occupare tutto il volume del contenitore. Inoltre sono facilmente comprimibili.


Di seguito vediamo le grandezze necessarie allo studio delle loro caratteristiche e del loro moto:

  • densità e peso specifico;

  • pressione;

  • portata volumetrica;

  • portata di massa.


Densità



Le grandezze densità e peso specifico non sono utilizzate solo per i fluidi ma per qualunque tipo di sostanza.



Una sostanza è tanto più densa, quanto più è la massa a parità di volume.


Esempio

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La densità di materia è quindi il rapporto tra il peso e il volume:




L'unita di misura è:




La densità è definita come:




La massa è quindi:




Esempio

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La seguente tabella :



Peso specifico



Analogamente alla densità, il peso specifico è il rapporto tra la forza peso e il volume. Il peso specifico è:




Le unità di misura sono:




Come sono collegati la densità e il peso specifico?


il peso specifico è:



Il peso specifico di una sostanza può essere ricavato dal prodotto .



Il peso specifico è:




Il peso specifico in funzione della densità specifica è:




Sostituendo la massa in funzione della densità nella forza peso si ha:




Esempio

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Pressione



La pressione è una grandezza fisica scalare definita come il rapporto tra il modulo della forza agente perpendicolarmente su una superficie e la sua area:




Perciò la pressione è inversamente proporzionale alla superficie su cui agisce la forza, perciò minore sarà la superficie a parità di forza e maggiore sarà la pressione (vedi Figura 1)


Figura 1: La pressione è inversamente proporzionale alla superficie




L'unità di misura della pressione è newton su metro quadro, detto anche pascal:




Esempio

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Portata volumetrica



Consideriamo un fluido che scorre in un tubo. Prendiamo, per esempio una porzione cilindrica di tale fluido di base S, (vedere Figura 2). Durante l'intervallo , la superficie S percorre un tratto . La sezione trasversale S descrive un volume .


Figura 2:Portata di volume.



La portata volumetrica è definita come una variazione di volume nel tempo di osservazione:



Il flusso volumetrico è:




in termini di velocità e superficie può essere scritto:




Esempio

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Portata di massa



Invece di considerare il volume di fluido che scorre, ci interessa studiare la massa. Consideriamo lo stesso cilindretto di fluido del paragrafo precedente. Per conoscere la massa basta moltiplicare il volume per la densità:




o dato che stiamo considerando una variazione:




La portata di massa è definita da:



La portata massica indica quanto massa di una sostanza scorre in un dato intervallo:




o in funzione della portata volumetrica:




o utilizzando la velocità del fluido:




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redattore del materiale didattico: Alessandro Dell'Orto