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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!

Fluidi 2AggiornaMenti - 2018 2

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


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


Pascal ed il torchio

Il torchio idraulico funziona anche con l'aria.


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

Visualizzare i diversi stati della materia


Come possiamo visualizzare i diversi stati della materia?

Evaporazione


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….


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.


Dove si trova l’aria?

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

Lo spazio occupato dall'aria


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.


Come lo possiamo verificare?

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

Esperimenti sullo spazio occupato


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

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



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


L'aria ha un peso?Come possiamo pesarla?

Pressione Atmosferica


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



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

Cosa succede se capovolgo il sistema?La cartolina cade?



Perché non riusciamo a sollevare il tappetino?



Come possiamo costruire un barometro in classe?



• 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

https://www.home-weather-stations-guide.com/make-your-own-barometer.html

https://youtu.be/gbBBQOzHu4w



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



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



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?


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



Cosa succede se soffiamo sopra una striscia di carta?


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!



𝑃𝑃 +12 𝜌𝜌𝑣𝑣

2 = 𝐶𝐶𝑃𝑃𝑃𝑃𝐶𝐶𝐹𝐹𝑃𝑃𝐶𝐶𝑃𝑃 𝜌𝜌 =𝑚𝑚𝑉𝑉



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


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!





Perché l'elicottero "ad aria" vola?

Effetto Coanda


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


Effetto Coanda


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

Effetto Coanda


Effetto Coanda


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

Utilizziamo per questo una cannuccia ed un filo di lana

Effetto Coanda


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

Effetto Coanda


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


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

Effetto Coanda


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


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

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

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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