Fluidi

Definizioni

I fluidi includono:

• Liquidi (per esempio l'acqua): sono caratterizzati dall'avere una densità di equilibrio, per cui una data quantità di materia (per esempio 1 kg di acqua) occuperà un volume ben definito (in questo caso 1 decimetro cubo, cioè 1 litro); tendono però ad assumere la forma del recipiente che li contiene (bottiglia, bacinella, letto di un fiume...).

• Gas (l'aria): se lasciati liberi tendono a espandersi occupando l'intero volume a disposizione. Per fortuna la nostra atmosfera che ci consente di respirare non è completamente "libera", altrimenti si disperderebbe nell'intero universo, ma è trattenuta dall'attrazione gravitazionale della Terra!

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Perché si chiamano Fluidi?

Caratteristica dei fluidi è di sviluppare un moto collettivo (fluiscono!)

come risposta alla differenza di pressione tra due regioni diverse

I GAS: DOMANDE E RISPOSTEEsperimenti

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Comprimibilità

Si può dimostrare usando una siringa e cercando di comprimere l’aria in essa contenuta.

• Si riempie una siringa d’aria;• si prende la siringa con il gas e, dopo aver sigillato con il dito della mano l’ugello della medesima, si

comprime il pistone;• appena si lascia andare il pistone l’aria si riprende lo spazio disponibile ed esercita una forza sulle

pareti

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Pascal ed il torchio

Il torchio idraulico funziona anche con l'aria.

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Giocando con le siringhe scopriamo la forza dell’aria compressa.

Visualizzare i diversi stati della materia

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Come possiamo visualizzare i diversi stati della materia?

Evaporazione

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Come fa l’acqua a trasformarsi in vapore?

Come si fa a passare dallo stato liquido allo stato gassoso? Cosa succede alle particelle d’acqua quando le riscaldiamo?

Evaporazione

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Come fa l’acqua a trasformarsi in vapore?

Come si fa a passare dallo stato liquido allo stato gassoso? Cosa succede alle particelle d’acqua quando le riscaldiamo?

Molte cose insieme….

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Cosa succede al povero diavoletto?

Molte cose insieme….

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Cosa succede al povero diavoletto?

Vedere l’aria

Esperimento delle bolle. Anche noi siamo in parte fatti d’aria, basta una cannuccia e dell’acqua per dimostrarlo.

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Dove si trova l’aria?

Come possiamo verificare che un bicchiere vuoto o una bottiglia vuota contiene aria?

Lo spazio occupato dall'aria

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Come lo possiamo verificare?

Lo spazio occupato dall'aria

Il fazzoletto dentro al bicchiere non si bagna quando viene immerso nell’acqua e dimostra che se non si permette all’aria di uscire, l’acqua non può entrare nel bicchiere.

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Come lo possiamo verificare?

Lo spazio occupato dall’aria non può essere occupato contemporaneamente dall’acqua.

Esperimenti sullo spazio occupato

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Come possiamo trasferire l'aria da un bicchiere ad un altro?

Come possiamo svuotare un bicchiere ….. sott'acqua?

Esperimenti sullo spazio occupato

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Riempio una bottiglia di acqua, la tappo con un'altra bottiglia vuota, mediante apposito tappo.

Ora giro le bottiglie sottosopra e …

Cosa succede?

Esperimenti sullo spazio occupato

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Riempio una bottiglia di acqua, la tappo con un'altra bottiglia vuota, mediante apposito tappo.

Ora giro le bottiglie sottosopra e …

Cosa succede?

Aria e peso

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L'aria ha un peso?Come possiamo pesarla?

Aria e peso

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L'aria ha un peso?Come possiamo pesarla?

Pressione Atmosferica

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Se riempio di acqua un uovo bucato e lo capovolgo cosa succede?

Pressione Atmosferica

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Riempiamo d'acqua fino all'orlo un bicchiere e poniamo lentamente una cartolina sul bordo.

Cosa succede se capovolgo il sistema?La cartolina cade?

Pressione Atmosferica

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Riempiamo d'acqua fino all'orlo un bicchiere e poniamo lentamente una cartolina sul bordo.

Cosa succede se capovolgo il sistema?La cartolina cade?

Pressione Atmosferica

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Perché non riusciamo a sollevare il tappetino?

Pressione Atmosferica

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Come possiamo costruire un barometro in classe?

Pressione Atmosferica

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• BAROMETRO FAI-DA-TE

Materiale: - Membrana elastica = PALLONCINO

- P1 Campione di riferimento = ARIA BARATTOLO DI VETRO

- P2 Campione da misurare = ARIA, PRESSIONE ATMOSFERICA

- Indice della misura = CANNUCCIA

Note:- Altro materiale: elastico, colla a caldo- Incollare cannuccia al centro- Misura quantitativa su scala di riferimento

(es. foglio a quadretti, righello)- Errore di parallasse (come leggo la scala)- ne esistono altre versioni che utilizzano un

fluido es. acqua come elemento sensibile (più duraturi)(es. https://www.home-weather-stations-guide.com/make-your-own-barometer.html oppure https://youtu.be/gbBBQOzHu4w )

- Esperimento continuativo e misure ripetute

Pressione Atmosferica

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P1

P2

P2

P1

P2 < P1 BASSA PRESSIONE

es. Brutto tempo: umido, aria umida più leggera

P2 > P1 ALTA PRESSIONE

es. Bel tempo: sereno, poca umidità, aria secca

più pesante

Pressione Atmosferica

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La pressione è il rapporto tra la forza agente perpendicolarmentead una superficie e l'area della superficie stessa:

𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 =𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃𝐹𝐹𝐹𝐹𝐴𝐴𝑃𝑃𝑃𝑃𝐹𝐹

; 𝑃𝑃 =𝐹𝐹⊥𝐴𝐴

L'aria che costituisce l'atmosfera è un fluido. Come ogni fluido, esercita una pressione.La pressione esercitata dall'aria viene detta Pressione Atmosferica ed

è determinata dal peso della colonna d'aria che sovrasta i corpi e che preme contro la loro superficie

La legge di Stevino però non può essere applicata direttamente:

L'accelerazione di gravità (e quindi il peso) dipende dall'altezzaLa densità dell'aria non è costante con l'altezza

Pressione Atmosferica

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La pressione atmosferica normale a 0°C, a livello del mare e ad una latitudine di 45°corrisponde a quella esercitata dall'altezza di una colonnina di mercurio

di sezione 1 cm2 e altezza 760 mm

1 atm = 760 mmHg = 101325 Pa = 1013,25 mbar = 1013,25 hPa = 1033 cmH2O

Perché gli aerei volano?

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Come fanno gli aerei a staccarsi da terra, malgrado siano così pesanti?

Perché gli aerei volano?

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Cosa succede se soffiamo sopra una striscia di carta?

Perché gli aerei volano?

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Cosa succede se soffiamo sopra una striscia di carta?

Perché gli aerei volano?

Risposta comune: per l'equazione di Bernoulli!Le ali degli aerei sono disegnate in modo che l'aria che scorre al di sopra, facendo nello stesso tempo un percorso più lungo, abbia un velocita maggiore e quindi eserciti meno pressione. La forza che sostiene

l'aereo (portanza) è dovuta alla differenza di pressione tra le due facce dell'ala!

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Come fanno gli aerei a staccarsi da terra, malgrado siano così pesanti?

𝑃𝑃 +12 𝜌𝜌𝑣𝑣

2 = 𝐶𝐶𝑃𝑃𝑃𝑃𝐶𝐶𝐹𝐹𝑃𝑃𝐶𝐶𝑃𝑃 𝜌𝜌 =𝑚𝑚𝑉𝑉

Perché gli aerei volano?

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Cosa succede se mettiamo una pallina sul getto d'aria prodotto da un Phon?

Perché gli aerei volano?

Però, c’è un però!Se è vero che è per colpa della particolare forma “curva” della sezione di un’ala che l’aria scorre più velocemente sopra che sotto, allora è impossibile pensare che un aereo riesca a volare rovesciato!

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Come fanno gli aerei a staccarsi da terra, malgrado siano così pesanti?

Perché gli aerei volano?

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Perché l'elicottero "ad aria" vola?

Effetto Coanda

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Cosa succede se avviciniamo il lato concavo di un cucchiaio ad un flusso d'acqua?

Cosa succede se soffiamo sopra una striscia di carta?

Effetto Coanda

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Cosa succede se avviciniamo il lato concavo di un cucchiaio ad un flusso d'acqua?

Cosa succede se soffiamo sopra una striscia di carta?

Effetto Coanda

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Cosa succede se avviciniamo il lato di un bicchiere ad un flusso d'acqua?

Effetto Coanda

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Effetto Coanda

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Costruiamo una "piccola" galleria del vento per visualizzare i flussi di aria.

Utilizziamo per questo una cannuccia ed un filo di lana

Effetto Coanda

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Cosa succede ora quando il nostro filetto d'aria incontra delle superfici curve?

Effetto Coanda

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Cosa succede ora quando il nostro filetto d'aria incontra delle superfici curve?

Effetto Coanda

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Cosa succede ora se soffiamo su un lato di un bicchiere poggiato su un tavolo?

Il bicchiere deve essere fermato da un oggetto come un quaderno

Effetto Coanda

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Cosa succede ora se soffiamo su un lato di un bicchiere poggiato su un tavolo?

Il bicchiere deve essere fermato da un oggetto come un quaderno

Effetto Coanda

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Cosa succede ora se ora soffiamo su un lato di un oggetto più pesante?

Effetto Coanda

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Effetto Coanda

Vi suggeriamo di vedere e, magari, di far vedere in classe i seguenti video. Magari ripetendo diversi esperimenti:

https://www.youtube.com/watch?v=lkf63TvP6ZA

https://www.youtube.com/watch?v=mNHp8iyyIjo

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Materiali

• Bacinelle e recipienti trasparenti di diverse forme – becher, bottiglie e bicchieri di plastica, bottiglia bucata con tappo, pipette, cannucce

• Hand boiler (Amazon: http://amzn.eu/d/aHbj1oU ), • acqua, pompette, palloncini, sacchetto ghiaccio, rotolo carta, imbuto, plastilina,• tornado in bottiglia (Amazon: http://amzn.eu/d/1OE44mP ), • razzo ad aria compressa (Amazon: http://amzn.eu/d/c3SPaHP ), • cartoline, carillon, elicottero.• Siringhe grandi e piccole, tubicini di gomma• Bilancina digitale e bilancia analitica• Uova bucate• oggetti di pesi e dimensioni diverse, cerchi, palline, ovetti kinder grandi e piccoli• Diavoletto di cartesio (fialette, bottiglie e filo animato in plastica),

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