Post on 03-May-2015
Solidi, liquidi e gas
Un solido è un corpo rigido e ha forma e volume propri.
Un liquido è un fluido che assume la forma del recipiente che lo contiene e ha un volume proprio.
Un gas (o aeriforme) è un fluido, occupa tutto il volume del recipiente che lo contiene. Può essere compresso in un volume più piccolo.
La pressione
La pressione è una grandezza scalare definita come il rapporto tra il modulo della forza (perpendicolare alla superficie) e l’area di questa superficie.
Il pascal
Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della pressione è il pascal (Pa).
• bar (105 Pa = 10 N/cm²) (sono di larga diffusione anche alcuni dei
sottomultipli del bar, in particolare il millibar è molto usato in
meteorologia e il microbar in acustica);
• torr, pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 1 mm
(1torr = 133,3 Pa) ;
• L'unità di misura torr può essere espressa anche in termini di mmHg
(1torr = 1mmHg) e prende il nome dal fisico e matematico italiano
Evangelista Torricelli a cui, nel 1644, si deve la scoperta del
barometro a mercurio.
• atmosfera (atm), approssimativamente pari alla pressione esercitata
dall'atmosfera terrestre al livello del mare (101325 Pa = 760mmHg =
760 torr).
Altre unità di misura della pressione sono:
Il principio di Pascal
La pressione esercitata su una superficie qualsiasi di un liquido si trasmette, con lo stesso valore, su ogni altra superficie a contatto con il liquido.
Il torchio idraulico
B AA B
B A
AB B
A
B A B A
F F p p =
S S
F F = S
S
se S S F = Fn n
A B
A BA B
A B
Denotando con p la pressione nel punto A e con p la pressione nel punto B si ha:
F Fp ; p
S S
per il principio di Pascal, la pressione nel punto A, è uguale alla pressione nel punto B.
Si ha
B A AA B B B
B A A
A AB A B B B B
A A
F F Fquindi: p p = F = S .
S S S
Ad esempio se il pistone B ha una superficie cinque volte maggiore del pistone A si ha:
F F S 5 S ; sostituendo S nella formula F = S si ottiene F = 5
S S
A
B A
S
sostituendo si ottiene: F = F 5.
Dimostrazione della formula del torchio idraulico
I freni a disco
La pressione esercitata dal pedale si trasmette lungo i tubi pieni di liquido e fa stringere le due pastiglie che, per attrito, rallentano il disco collegato alla ruota.
La legge di Stevin o Stevino
La pressione dovuta al peso di un liquido è direttamenteproporzionale sia alla densità del liquido che alla profonditàdel liquido.
Qual è la pressione della colonna d’acqua a cui è sottoposto un sub che si trova a una profondità di 4 metri?
In generale, alla pressione dovuta alla colonna d’acqua, bisogna aggiungere la pressione atmosferica che agisce sulla superficie del mare:
p0 = 10,1 x 104 Pa.
La legge di Archimede
Un corpo immerso in un liquido subisce una forza diretta verso l’alto di intensità uguale al peso del liquido spostato.
Quanto più è grande il volume del corpo immerso, tanto maggiore è la spinta verso l’alto, perché è grande il volume di acqua che è stato spostato.
Dimostrazione della legge di Archimede
A LS
A LS
LS
LS
Chiamando la spinta di Archimede F , e il peso del liquido spostato P ,
si ha: F = P .
Il peso del liquido spostato P è dato dal prodotto della massa del liquido
spostato m , per l'acceleraz
LS LS A LS LS A LS
LS LS LS
Nione di gravità g che vale circa 9,8 .
kg
Quindi P = m g F =P = m g F =m g ,
ricordando che la densità (d) di un corpo di massa m e di volume V è data da:
md= m = d V
V
LS A LS
A LS LS LS A LS LS
; sostituendo m nella F = m g
si ottiene: F m g = d V g F d V g
Perché le navi galleggiano?
La nave galleggia perché la forza-peso che agisce sullo scafo di ferro (che è cavo) è compensata dalla spinta di Archimede che è rivolta verso l’alto.
La mongolfiera
La legge di Archimedevale anche per i gas.
Quando l’aria della mongolfiera viene riscaldata la sua densità diminuisce: che cosa bisogna fare dunque per perdere quota?
Sabbia
Un corpo affonda quando la sua densità è maggiore di quella del liquido.
Se il peso è maggiore della spinta di Archimede, il corpo affonda.La densità della sabbia è d = 1,6 x 103 kg/m3.
Latte
Un corpo galleggia quando la sua densità è uguale a quella del liquido.
La densità del latte è uguale a quella dell’acqua:
d = 1,0 x 103 kg/m3.
Olio
Un corpo sale quando la sua densità è minore di quella del liquido.
Sommergibili
densità maggiore dell’acqua
densità minore dell’acqua
La pressione atmosferica
1654: Magdeburgo, Germania.
Due semisfere cave, i cui bordi combaciano perfettamente
con un contatto a tenuta d’aria, sono accostate in modo da
formare una sfera cava completamente chiusa.
Aspirando l’aria contenuta all’interno della sfera, la pressione
atmosferica comprime sempre più le due semisfere l’una
contro l’altra, tanto che per separarle occorre un notevole
sforzo.
La pressione atmosferica agisce su di noi ma non la avvertiamo perché è compensata da una pressione uguale che l’atmosfera esercita dall’interno del nostro organismo verso l’esterno.
La variazione della pressione atmosferica
La pressione atmosferica diminuisce con l’aumentare dell’altitudine, perché diminuisce il peso della colonna d’aria che ci sovrasta.
La diminuzione della pressione atmosferica è pari a circa 1300 Pa per ogni 100 m di innalzamento.
La misura della pressione atmosferica consente di calcolare l’altezza di un luogo rispetto al livello del mare.
Le previsioni del tempo
Le linee presenti nella figura precedente, sono chiamate isòbare e congiungono i punti che hanno la stessa pressione.L’unità di misura utilizzata dai metereologi è l’ettopascal (1 hPa = 100 Pa).