I fluidi
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine
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I fluidi
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Esercizio 1 Una stanza ha dimensioni: 3.5 m (larghezza) e
4.2 m (lunghezza) ed una altezza di 2.4 m. (a) Quanto pesa l’aria nella stanza se la pressione e’ 1.0 atm?
SOLUZIONE:
g)V(mg
)s/m8.9()m4.2xm2.4xm5.3()m/kg21.1( 23
N420N418
Questo e’ il peso di circa 110 lattine di bibita.
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(b) Quanto e’ il valore della forza esercitata dall’atmosfera sul pavimento della stanza?
SOLUZIONE:
)2.4()5.3(0.1
)/1001.1)0.1(
25
mmatm
mNxatmApF
N10x5.1 6
Questa forza enorme e’ uguale al peso della colonna d’aria che copre il pavimento ed arriva fino alla sommita’ dell’atmosfera.
Usare il valore dell’atmosfera al livello del mare
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Esercizio 2 Il tubo ad U in figura
contiene 2 liquidi in equilibrio statico: acqua alla densita’ w (= 998 kg/m3) a destra, ed olio di densita’ non nota x a sinistra. Le misure effettuate danno l = 135 mm e d = 12.3 mm. Quanto vale x
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SOLUZIONE:
)destro (0int bracciolgpP w
)sinistro()(0int bracciodlgpP x
mmmm
mmmkg
dlwx 3.12135
135)/998(
1 3
3m/kg915
Eguagliamo la pressione nei due bracci, al livello della superficie di interfaccia:
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Il Barometro a Mercurio
For normal atmospheric pressure, h is 76 cm Hg.
hgp 0
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Esercizio 3 Che frazione del volume di un iceberg che galleggia
in mare e’ visibile?
SOLUZIONE:
i
f
i
fi
V
V
V
VVfrazione
1
gmgm fi
ffii VV
Sia Vi il volume totale, Vf il volume sott’acqua
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8
f
i
i
f
V
V
3
3
/1024
/91711frazione
mkg
mkg
f
i
%10or10.0
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Esercizio 4 Un pallone sferico riempito di elio ha raggio R di
12.0 m. Il pallone sostiene dei cavi ed un cesto di massa m pari a 196 kg. Quale e’ il max carico M che il pallone puo’ sostenere mentre vola ad una altezza alla quale l’elio ha densita’ He pari a
0.160 kg/m3 e la densita’ dell’ aria air e’ 1.25
kg/m3? Si assuma che il volume di aria spostato dai cavi, dal cesto e dal carico sia trascurabile.
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SOLUZIONE:
gmg)mMm( airHe
mmmM Heair
mVVM Heair
kgmkgmkgm 196)/160.0/25.1()0.12()( 33334
kg7690kg7694
mR )()( Heair3
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Esercizio 5
L’area A0 dell’aorta di una persona normale a riposo e’ di 3
cm2, e la velocita’ v0 of the blood through it is 30 cm/s. Un
capillare tipico (diametro 6 m) ha una sezione d’urto di area A di 3 x 10-7 cm2 e una velocita’ del flusso v di 0.05 cm/s. Quanti capillari ha questa persona?
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SOLUZIONE:
nAvvA 00
)s/cm05.0)(cm10x3(
)s/cm30()cm3(
Av
vAn
27
200
billioniox 6106 9
L’area combinata dei capillari e’ ~ 600 volte la sezione d’urto dell’aorta.
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Esercizio 6 La figura mostra come il
flusso di acqua che esce da un rubinetto si restringe man mano che si scende. Le aree in gioco sono A0 = 1.2 cm2 e A
= 0.35 cm2. I 2 livelli sono separati da una distanza verticale pari ad h = 45 mm. Qual’e’ il flusso di volume che esce dal rubinetto?
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SOLUZIONE:
AvvA 00
hg2vv 20
2
220
2
0AA
Ahg2v
2222
222
)cm35.0()cm2.1(
)cm35.0()m045.0()s/m8.9()2(
s/cm6.28s/m286.0
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)s/cm6.28()2cm2.1(vAR 00v
s/cm34 3
Il flusso di volume e’ :
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Esercizio 7 Etanolo di densita’ = 791
kg/m3 fluisce attraverso un tubo orizzontale la cui superficie trasversa passa da A1 = 1.20 x 10-3 m2 a A2 = A1/
2. La differenza di pressione tra le due sezioni e’ di 4120 Pa. Quale e’ il flusso di volume RV dell’etanolo?
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SOLUZIONE:
2211v AvAvR ygvpygvp 2
221
22
121
1
1
v
2
v2
1
v1 A
R2
A
Rvand
A
Rv
3
)(2 211
ppARv
)m/kg791()3(
)Pa4120()2(m10x20.1R
323
v
23 m10x24.2
222
12
212
11 vpvp
21
22
12
221 3)p(2
A
Rvv
p v
La velocita’ piu’ bassa v1 significa che p1 e’ maggiore. Si ha:
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Esercizio 8Esercizio 8
Una piccola piscina ha una area di 10 metri quadrati. Una statua di legno di densita’ 500 kg/m3, di 4000 kg galleggia sull’ acqua. Di quanto si e’ innalzato l’originario livello dell’ acqua?Nota: densita’ dell’acqua= 1000 kg/m3
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SoluzioneSoluzioneDati: wood/H20 = 0.5, A = 10 m2, M = 4000 kgIncognita: h
Il livello e’ quello che si avrebbe se fossero stati aggiunti 4000 kg di acqua = 4 m3
Si consideri il problema: un volume V = 4 m3 di acqua viene aggiunto alla piscina. Quanto vale h?
AVh / = 40 cm
h
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Esercizio 9Esercizio 9
222111
'continuita di Eq.
vAvA
Dell’acqua scorre attraverso un tubo di diametro 4.0 cm, alla velocita’ di 5 cm/s. Il tubo in un certo punto si restringe al diametro di 2.0 cm. Quanto vale la velocita’ dell’acqua attraverso la sezione stretta del tubo?
1122
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2
2211
4vvr
rv
vAvA
= 20 cm/s
SoluzioneSoluzione
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Esercizio 10: il tubo Esercizio 10: il tubo VenturiVenturi
Un tubo molto grande trasporta acqua a bassissima velocita’ e termina in un tubo piu’ stretto, dove l’acqua scorre piu’ veloce. Se P2 e’ 7000 Pa piu’ bassa di P1, qual’e’ la velocita’ dell’ acqua nel tubo piu’ piccolo?
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SoluzioneSoluzione
Dati: P = 7000 Pa, = 1000 kg/m3
Trovare: v
costante2
1 2
formula
vghP
221 2
1vPP
P
v
22 v = 3.74 m/s
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Esercizio 11Esercizio 11
L’acqua esce dal rubinetto del distributore In figura alla velocita’ di 3 m/s. Qual’e’ l’altezza dell’acqua al di sopra del rubinetto? SoluzioneSoluzione
constant2
1
:Formula
2 vghP
Confronta l’acqua in alto (a) con l’acqua che esce dal rubinetto (b).
22
2
1
2
1bbbaaa vghPvghP
g
vh
2
2
= 45.9 cm
a
b