Fisica - Primapartenza

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6) FISICA
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6.1 Inerzia, attrito, potenza, energia
__________
_
Uno dei principi fondamentali della fisica è quello di azione e reazione: se sopra un corpo
agisce una forza, il corpo reagisce con un’altra forza chiamata reazione. Questa reazione è la
responsabile dell’equilibrio che permette ad un oggetto appoggiato su un tavolo di non cadere:
il peso dell’oggetto (azione sul tavolo) è bilanciato dalla reazione (uguale e contraria al peso)
che il tavolo esercita sull’oggetto.
6.1.1 Inerzia
Per comprendere questo importante concetto è utile fare un esempio. Supponiamo di
trovarci su un tram fermo. Quando questo si mette in moto, se non ci attacchiamo ai sostegni
rischiamo di cadere. La causa per cui ci si sente spinti bruscamente indietro è che il nostro
corpo, fermo, tende a rimanere tale: quando il tram inizia il suo movimento in avanti il nostro
corpo rimane indietro. Questa tendenza ad opporsi al movimento da parte di ciascun corpo è
chiamata inerzia di moto.
6.1.2 Attrito e resistenza del mezzo
E la forza che si oppone al moto di un corpo che scorre o rotola sopra un corpo solido e
che deve essere vinta da questo per poter avanzare.
Tipico esempio di attrito è il rotolamento di una biglia da biliardo che, lanciata sul tappeto,
lentamente tende a smorzare il proprio moto fino a fermarsi completamente.
Si definisce, invece, resistenza del mezzo la forza che si oppone al movimento di un corpo
nell’acqua o nell’aria.
Tale fenomeno, che rappresenta una dispersione di energia, ha anche l’importante
funzione di permettere all’uomo di camminare evitando di scivolare indefinitamente sul posto
(come si osserva quando si tenta di camminare su una lastra di ghiaccio ove l’attrito è molto
basso).
Altri tempi di resistenza del mezzo e di attrito sono: la caduta lenta delle gocce d’acqua
(che diversamente sarebbero così veloci da forare qualsiasi ombrello).
6.1.3 Potenza, lavoro, energia
Possiamo dire che il lavoro è una grandezza proporzionale alla forza impiegata ed al
percorso lungo cui essa agisce.
Avremo quindi che LAVORO = FORZA x SPOSTAMENTO
In questa grandezza non compare il concetto di tempo. Si definisce allora la Potenza
proprio come il lavoro che una macchina compie nell’unità di tempo, ovvero:
POTENZA = LAVORO / TEMPO
In questo modo possiamo confrontare il comportamento di due macchine osservando non
solo la quantità di lavoro che sono in grado di compiere ma anche il tempo che richiedono per
attuarlo.
Per poter funzionare qualsiasi motore deve ricevere in ingresso una certa quantità di
energia che utilizzerà per compiere il lavoro richiestogli. L’energia può assumere forme
differenti (elettrica , meccanica, chimica, nucleare, ecc…). In meccanica una delle distinzioni
più importanti è quella tra:
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•
•
•
Energia potenziale: che è quella che un corpo possiede per la sua posizione o la sua forma
Energia cinetica: ovvero quella posseduta da un corpo per effetto del suo movimento.
Peso specifico: una dei quattro tipi di forza esistenti in natura è quella gravitazionale che
agisce tra qualsiasi corpo dotato di massa. Nel caso particolare, poiché la massa della
Terra su cui viviamo è di dimensioni non confrontabili con qualsiasi massa presente in
natura, ogni oggetto risulta attratto verso il centro del nostro pianeta. Questo fenomeno
viene chiamato Peso: si afferma così che qualsiasi oggetto è dotato di peso, misurando in
questo modo la forza con la quale l’oggetto stesso viene attratto dalla Terra.
Si definisce peso specifico il peso di un decimetro cubo di sostanza.
Siccome un decimetro cubo di acqua distillata a 4°C pesa 1 kg, si confrontano le
varie sostanze con l’acqua. Se un decimetro cubo di marmo pesa 2,7 kg si dice che il
peso specifico del marmo è 2,7.
• Pressione atmosferica: la terra è circondata da uno strato di aria che è chiamato
Atmosfera il cui spessore è di circa 300 km e si suddivide in:
0 ÷ 11 km
• troposfera
11 ÷ 30 km
• stratosfera
30 ÷ 90 km
• mesosfera
oltre i 90 km
• termosfera
Proprio il peso dei gas che stanno sulla nostra testa è la causa della Pressione
Atmosferica
Tale strato contiene gas diversi e quindi dotati di pesi differenti che li porta a disporsi
a differenti quote di altezza rispetto al terreno. Il peso della colonna d’aria dipende dalla
quota di riferimento, cioè dalla quota da cui si parte per misurare l’altezza della colonna
stessa.
Si deduce da ciò che la pressione atmosferica possiede il proprio valore massimo a
livello del mare e decresce all’aumentare dell’altezza in cui ci poniamo.
Uno dei metodi per misurare la pressione atmosferica è il barometro inventato da
Torricelli, il quale misurò il valore a livello del mare, mediante una colonnina di mercurio
avente sezione di 1 cm² e 76 cm di altezza.
Conoscendo il peso specifico del mercurio si ricava il valore numerico della pressione
esercitata dalla massa dell’atmosfera (pari a 1,033 kg/cm² valore che viene preso come unità
di pressione, chiamandola “atmosfera”).
Sono chiamati barometri gli strumenti che servono a misurare la pressione atmosferica e
manometri quelli necessari a misurare la pressione dei fluidi (liquidi o gas) contenuti in
recipienti chiusi).
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6.2 Calore e temperatura
__________
Il calore è una forma di energia legata al movimento delle molecole del corpo.
La temperatura è invece un indice numerico che informa sulla realtà energetica (dal punto
di vista del calore) di un corpo: tanto più calore può trasmettere un corpo tanto più alta sarà la
sua temperatura e viceversa.
Quando due corpi dotati di differenti temperature vengono messi a contatto, la fisica ci
insegna che sarà il corpo più caldo (ovvero dotato di maggior temperatura) a cedere calore a
quello meno caldo.
La temperatura viene misurata mediante i termometri. il più noto dei quali è quello a
mercurio, nel quale il calore del corpo di cui si vuol conoscere la temperatura provoca la
dilatazione del metallo e il conseguente innalzamento nel tubo graduato.
Dall’altezza che il mercurio raggiunge è possibile ricavare il valore della temperatura del
del corpo.
6.2.1 Calore
Energia termica che si somministra o sottrae ad un corpo in modo da alterarne lo stato di
agitazione molecolare e quindi la temperatura.
La quantità di calore si esprime in:
cal = caloria
quantità di calore necessaria per innalzare, a pressione atmosferica normale, 14,5°C ad
un grammo d’acqua.
Cal o kcal = chilocaloria
quantità di calore necessaria per innalzare di 1°C a pressione normale, un kg di acqua.
calore di evaporazione = quantità di calore necessaria, a pressione costante, per
trasformare l’unità di peso di liquido in vapore. Si misura un chilocalorie per
chilogrammo (kcal/kg).
potere calorifico = quantità di chilocalorie che un kg (per solidi o liquidi) od un normale
m³ (per gas) di combustibile è in grado di fornire bruciando completamente.
Tabella dei poteri calorifici di alcune sostanze
Sostanza
Abiti
Acetilene
Benzina
Butano
Carbone
Carta alla rinfusa
Carta in pacchi
Cartone
Fieno
kcal/kg o kcal/m³
4.050÷5.000
11.660
10.000
12.140
8.330
4.050
11.100
4.050
4.050
Sostanza
Gasolio
Immondizie
Metano
Olio di catrame/diesel
Paglia
Petrolio
Polistirolo
Stracci
Trucioli di legno
kcal/kg o kcal/m³
10.000
2.100
13.500
11.200
4.050
8.090
10.000
4.050
4.050
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6.2.2 Trasmissione del calore
La trasmissione del calore tra due corpi può avvenire secondo tre differenti modalità:
• Conduzione: quando il calore viene trasmesso dagli strati riscaldati a quelli
immediatamente a contatto, senza alterare la materia del corpo. Tale propagazione
avviene a differenti velocità a seconda delle caratteristiche della sostanza del corpo: si
parlerà allora di corpi conduttori di calore (quali ad esempio rame, alluminio, ferro) e
corpi isolanti (quali vetro, legno ecc…).
• Convezione: (tipico dei fluidi) nel quale la massa del fluido viene continuamente
rimescolata dai movimenti causati dalle molecole più calde che, essendo più leggere
delle molecole più fredde, tendono a spostarsi verso l’alto generando una doppia
colonna ascendente e discendente. Tipica applicazione di ciò è il termosifone; altri
esempi di moti convettivi sono i venti, le correnti marine ed il tiraggio del camino.
• Irraggiamento: quando il passaggio del calore tra due corpi avviene senza che vi sia
contatto fisico tra questi e senza alcun mezzo interposto tra essi.
6.2.3 Temperatura di fusione e solidificazione
Temperatura alla quale, ad una data pressione, una sostanza passa dallo stato solido a
quello liquido e viceversa; viene anche definita punto di fusione o punto di solidificazione.
Materiale
Acciaio
Alcool
Alluminio
Ammoniaca
Asfalto
Ferro
°C
1300 ÷ 1600
-100
650
-78
100
1500 ÷ 1600
Materiale
Mercurio
Ossigeno
Piombo
Rame
Vetro
Zolfo
°C
-39
-227
326
1100
450
111
6.2.4 Temperatura di ebollizione
Temperatura alla quale, ad una data pressione, una sostanza passa dallo stato liquido allo
stato aeriforme in maniera tumultuosa; viene anche chiamata “punto” di ebollizione.
Materiale
Acido solforico
Acqua distillata
Acqua salata
Alcool
Benzina
Cloro
°C
332
100
103
80
80
-34
Materiale
Fosforo
Idrogeno
Metano
Olio (in media)
Ossigeno
Paraffina
°C
290
-253
-162
320
-183
300
6.2.5 Temperatura critica
Temperatura al di sopra della quale, indipendentemente dalla pressione esercitata, non è
più possibile liquefare un gas. La temperatura critica varia da gas a gas e si esprime in gradi
centigradi.
Materiale
Acetilene
Acqua
Anidride carbonica
Cloro
Tem.critica °C
36
374
31
144
Materiale
Idrogeno
Mercurio
Metano
Ossigeno
Tem.critica °C
-240
1450
-83
-119
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6.2.6 Pressione critica
Pressione sufficiente per liquefare un gas alla sua temperatura critica.
Es.: portando l’ammoniaca alla sua temperatura critica di 132°, per liquefarla occorrerà
una pressione di 116 kg/cm² rappresentanti la sua pressione critica.
Materiale
Acqua
Anidride carbonica
Azoto
Cloro
Pres.critica kg/cm²
225
73
35
78
Materiale
Idrogeno
Mercurio
Metano
Ossigeno
Pres.critica kg/cm²
13
1000
47
51
6.2.7 Motori termici
Le macchine termiche sono le macchine che trasformano l’energia termica (calore) in
energia meccanica.
L’energia termica viene generalmente fornita dalla combustione del carbon fossile o di
altri combustibili fossili.
I motori termici si possono distinguere in:
a) motori a combustione esterna, se la produzione dell’energia termica necessaria ad
azionare il motore avviene esternamente al motore (ad esempio macchina a vapore).
b) motori a combustione interna, se la produzione dell’energia termica avviene dentro il
motore stesso: tali sono i motori a scoppio ed i motori Diesel.
6.3 Meccanica dei fluidi
__________
_
6.3.1 Idraulica
L’idraulica è la parte della fisica dedicata allo studio del comportamento dei corpi allo
stato liquido.
Essa si divide in:
• idrostatica: si interessa del comportamento dei liquidi quando sono nello stato di
quiete;
• idrodinamica: è lo studio del comportamento dei liquidi durante il loro movimento.
6.3.2 Portata
Quantità di liquido che nell’unità di tempo passa attraverso una data sezione; nella tecnica
antincendio si esprime in litri di acqua al minuto primo.
Si ricava la seguente formula:
Q=portata A=area sezione V=velocità
Q=AxV
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6.3.3 Pressione
E la forza esercitata sull’unità di superficie secondo la relazione:
p=pressione F=forza o peso esercitato A=area o superficie
F
p=
A
6.3.4 Stato fisico dei corpi
In natura le sostanze possono assumere tre differenti stati: solido, liquido ed aeriforme.
Lo stato solido è caratterizzato da forme definite e difficilmente modificabili.
Lo stato liquido permette alle sostanze di assumere la forma del recipiente che le
contiene.
Lo stato aeriforme è quello dei gas e come tali non posseggono forma definita, risultano
ancor più rarefatti dei liquidi e sono molto leggeri.
Un corpo in natura si presenta in uno stato che è funzione delle caratteristiche
dell’ambiente in cui si trova (in particolare la temperatura e la pressione): ciò significa che
una qualsiasi sostanza può mutare il proprio stato trasformandosi da solido in liquido, da
liquido in aeriforme e così via.
6.3.5 Compressibilità dei corpi in genere e dei fluidi in particolare
I corpi, quando vengono compressi, diminuiscono solitamente di volume, in misura
diversa a seconda del loro stato e della pressione a cui vengono sottoposti.
La legge sulla compressibilità degli aeriformi dice che: a temperatura costante, il volume
di un gas è inversamente proporzionale alla pressione cui esso viene sottoposto. Pertanto
raddoppiando la pressione di un gas, il suo volume si riduce della metà.
Anche i corpi solidi sono in misura diversa comprimibili. In genere un corpo solido si
comprime tanto più quanto più è poroso (es. sughero e gomma), ossia presenta pori e spazi
vuoti all’interno della sua massa.
I liquidi sono invece difficilmente comprimibili. E stato ad esempio rilevato che,
comprimendo l’acqua in un recipiente, il suo volume si riduce di un ventiduemillesimo per
ogni aumento di pressione pari a due atmosfere. Occorrono perciò 22 atmosfere per ridurre di
un litro il volume di un metro cubo d’acqua.
6.3.6 Orizzontalità del livello dei liquidi. Vasi comunicanti
L’acqua in un bicchiere è superficialmente piana. Ciò significa che, a differenza dei corpi
solidi che hanno una forma propria, i liquidi tendono invece ad assumere la forma del
recipiente che li contiene ed a presentare in superficie una forma piana. Ciò è dovuto al loro
peso ed alla loro fluidità. Il loro peso li obbliga a tendere al basso, mentre la loro fluidità
consente di ubbidire nel miglior modo a questa legge, abbassandosi il più possibile ed
in superficie la forma piana.
Principio dei vasi comunicanti: i liquidi, anche se posti in recipienti diversi, ma in
comunicazione tra loro, presentano livello unico ed orizzontale. Dalle sorgenti l’acqua esce in
forza di questo principio, e lo stesso può dirsi per l’acqua che defluisce da un tubo collegato
ad un serbatoio; in quest’ultimo caso l’acqua continuerà a defluire, fintantoché il livello nel
serbatoio risulterà superiore a quello della bocca di uscita.
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6.3.7 Livello delle sostanze aeriforme
A differenza delle sostanze liquide, quelle aeriforme o gassose non presentano una
superficie superiore di livello. Ciò dipende dalla loro estrema leggerezza e perché esse
tendono naturalmente ad espandersi, in conseguenza del rapidissimo moto delle particelle che
le compongono. E per questi due motivi che una sostanza aeriforme, introdotta in un
recipiente, ne occupa in breve tutto il volume interno, distribuendosi uniformemente.
I gas sono in natura diffusissimi; l’aria occupa intorno a noi tutto lo spazio non occupato
da sostanze solide o liquide.
L’azione del peso dell’aria è sensibile in quanto essa risulta assai più compressa vicino
alla superficie del mare che in vetta alle montagne. Se l’aria non avesse peso essa si
disperderebbe nello spazio intersiderale, e cioè nell’immensità dello spazio che circonda la
terra, il sole e tutte le stella.
Diversamente dall’acqua, l’aria presenta un contorno vago e sfumato, continuamente
turbato dai moti dovuti alla rotazione della terra ed al calore del solare.
6.3.8 Principio di Pascal
Il fisico Pascal ha dimostrato che la pressione cui un liquido è soggetto si trasmette
ugualmente in tutte le direzioni.
Se si prende una bottiglia piena d’acqua, e si comprime quest’acqua disponendo un tappo
nel collo della bottiglia e premendo su di esso, l’acqua viene compressa e, in analogia alla
legge di Pascal, tutta l’acqua contenuta nella bottiglia riceve la medesima compressione, ed a
sua volta, con pari intensità, comprime in ogni direzione le pareti della bottiglia.
6.3.9 Pressione interna dei liquidi
Se si immerge un dito nell’acqua non si avverte alcuna sensazione di schiacciamento; è
invece noto a tutti che un sottomarino non può raggiungere che la profondità di un centinaio
di metri, altrimenti la pressione fortissima dell’acqua che preme sul suo scafo da tutte le
direzioni finirebbe per schiacciarlo.
Per comprendere il fenomeno, immaginiamo di trovarci sul fondo di un lago a m 100 di
profondità. I cento metri di massa d’acqua soprastanti indubbiamente pesano, l’acqua è assai
pesante, e comprime il terreno intorno a noi.
Ogni cm² di terreno viene infatti compresso dal peso di una colonna d’acqua alta 100
metri ed avente la sezione di 1 cm²; sono in totale 10.000 cm² d’acqua, che corrispondono al
volume di 10 litri ed al complessivo peso di 10 kg.
Concludendo la pressione esercitata su un cm² di fondale a 100 m di profondità è di 10 kg
e cioè di quasi 10 atmosfere.
Anche su ogni cm² della nostra persona verrà esercitata una simile pressione, ma ciò non
soltanto sulle spalle o sulla testa ma anche su ogni altra parte del corpo.
Ciò dipende dal fatto che il liquido compresso, per effetto della sua fluidità, preme in tutte
le direzioni come affermato dal principio di Pascal.
In ciò, nell’uso pratico, sta la differenza fra peso e pressione e cioè fra il peso di un corpo
solido che grava sulle spalle e la pressione che un fluido, liquido o gas, esercita intorno a noi
in tutte le direzioni.
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6.3.10 Principio di Archimede
La legge di Archimede dice che un corpo immerso nell’acqua, riceve una spinta dal basso
verso l’alto, pari al peso del liquido spostato, e cioè del liquido di cui il corpo immerso ha
preso il posto.
La medesima legge vale anche per i corpi parzialmente immersi.
Per esempio una nave, del peso di 10.000 tonnellate, si immerge nell’acqua di quanto
occorre per spostare un volume d’acqua di 10.000 metri cubi, che pesa per l’appunto 10.000
tonnellate.
6.3.11 Galleggiamento dei corpi
I corpi immersi in un liquido ricevono, come visto sopra, per il principio di Archimede,
una spinta verso l’alto pari al peso del liquido spostato.
Tutti i corpi però sono soggetti anche ad un’altra spinta verso il basso dovuta al loro
peso. Quale di queste due forze contrarie prenderà il sopravvento?
Basta riflettere che la prima delle due forze è in rapporto al volume del corpo mentre la
seconda è dovuta al peso del corpo stesso. Perciò i corpi di grande volume e di piccolo peso
tendono a galleggiare, mentre quelli di piccolo volume e notevole peso affondano.
L’equilibrio si raggiunge quando il corpo pesa, per unità di volume, esattamente come
l’acqua e cioè quando ha peso specifico uguale a quello dell’acqua. (Il peso specifico di un
corpo è dato dal peso dell’unità di volume e cioè dal peso di un metro cubo del corpo stesso).
Ove si tenga presente che l’acqua ha un peso specifico di 1000 kg potrà agevolmente
concludersi che galleggeranno ad esempio i seguenti corpi, aventi peso specifico inferiore a
1000: benzina 725, alcool 797, legno verde resinoso 850 c.a., ghiaccio 920 ecc…; mentre
viceversa affonderanno i corpi seguenti: ferro 7800, rame 8800, piombo 11300, oro 19500,
platino 21300.
Un corpo più leggero dell’acqua naturalmente si immerge fintantoché il suo peso
complessivo uguaglia quello del liquido spostato dalla parte del corpo immersa. Sono fondati
su questo principio gli areometri e gli alcolometri, e cioè quegli strumenti a galleggiamento
fabbricati per la misurazione della densità di un liquido.
6.3.12 Pressione interna di un gas – Pressione atmosferica
L’aria è più compressa vicino alla superficie del mare che non in vetta alle montagne,
perché in questo secondo caso è minore lo spessore della massa d’aria soprastante e quindi
è minore il peso di essa.
La pressione esercitata dell’aria dicesi “pressione atmosferica”; essa, misurata a livello
del mare, con aria calma ed alla temperatura di 0°C corrisponde a 1 kg e 33 g per cm². Tale
pressione viene adottata come unità di misura col nome di atmosfera.
L’uomo e gli altri animali terrestri, vivono e si muovono, nonostante questa elevata
pressione, perché essa si esercita in tutte le sue direzioni, sia all’interno che all’esterno degli
organismi viventi, ed inoltre perché essi sono abituati da millenni a questa pressione cui non
potrebbero, senza danno, essere privati.
L’esistenza della pressione atmosferica è dimostrata da numerosi apparecchi di
laboratorio. Uno dei più semplici è rappresentato dai così detti emisferi di Magdeburgo che
consistono in due mezze sfere, cave all’interno e perfettamente combacianti ai bordi.
L’interno cavo è in comunicazione, tramite un rubinetto, con una pompa atta a fare il vuoto.
Se i due emisferi vengono messi uno sopra l’altro noi li possiamo agevolmente separare
poiché la pressione all’interno della parte cava è uguale a quella dell’esterno. Se invece,
quando i due emisferi sono combacianti, l’aria al loro interno viene tolta, occorre un
grandissimo sforzo per staccarli uno dall’altro, perché in questo caso la pressione atmosferica
preme solo sulla loro superficie esterna.
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Anche per le sostanze aeriforme (oltre che per i liquidi) vale la legge di Archimede,
perciò un corpo immerso nell’aria riceverà una spinta verso l’alto pari al peso dell’aria
spostata.
Quindi un corpo di peso specifico minore dell’aria tenderà a salire, ed uno con peso
specifico maggiore precipiterà a terra.
A questo principio è dovuta la forza di sostentamento dei palloni aerostatici; gonfiati con
gas leggerissimi, quali l’idrogeno e l’elio, riescono nonostante il peso del tessuto e della
navicella a salire, perché il peso dell’aria spostata è superiore al peso complessivo del
pallone. Essendo i liquidi praticamente incomprimibili, il peso di un metro cubo di
liquido si mantiene pressoché costante, anche se il liquido viene sottoposto ad una
forte pressione.
Quindi il peso specifico dell’acqua in fondo al mare è pressochè uguale al peso dell’acqua in
superficie.
Altrettanto non si può dire degli aeriformi.
Per essi vale la legge di Boyle-Mariotte, e perciò, raddoppiando la pressione cui un gas è
sottoposto, il suo volume dimezza, e di conseguenza il suo peso specifico raddoppia. Come
la pressione atmosferica diminuisce con l’altitudine, anche la massima altezza di aspirazione
ottenibile con le pompe diminuisce con l’altitudine, perché l’altezza massima di aspirazione
teoricamente raggiungibile è pari alla pressione atmosferica espressa in metri d’acqua, e
pertanto raggiunge a livello del mare la quota di m 10,33. A 1000 m di altitudine l’altezza
teorica di aspirazione scende a 9 m circa, e quella massima praticamente realizzabile con una
pompa, si riduce a meno di 8 metri.
6.3.13 Misura della pressione – Manometri e barometri
Per la misura della pressione in fluido, liquido o gas si usano strumenti detti manometri.
Il manometro viene usato mettendolo in comunicazione con il liquido di cui si vuole
misurare la pressione a mezzo del raccordo sottostante comunicante anche con il tubo cieco a
spirale interno.
Essendo, in un tubo a forma di spirale, la superficie interna minore di quella esterna, la
forza di pressione che preme verso l’interno e che tende a restringere a spirale, risulta minore
di quella esterna che tende ad allargarla.
Perciò la spirale sotto l’effetto della pressione del liquido si allargherà tanto più quanto
maggiore è la pressione.
A mezzo di una leva e di un ingranaggio tale allargamento viene indicato su un
quadrante graduato che ne permette la lettura.
La pressione atmosferica viene invece misurata con uno speciale e semplice strumento
detto barometro, che consiste principalmente in un tubo di vetro graduato e pieno di mercurio
La parte bassa del tubo è aperta ed immersa in una vaschetta di mercurio, mentre la parte
alta è chiusa e vuota d’aria.
L’eliminazione dell’aria viene ottenuta nel modo più semplice.
Basta, allo scopo, riempire il tubo completamente di mercurio, e poi tenendo ben chiuso
con un dito il foro di apertura, rovesciare il tubo ed immergere l’estremo aperto nella
vaschetta.
Togliendo in seguito il dito il mercurio per effetto del suo peso discende nel tubo; ma
siccome superiormente, nella parte chiusa, con la discesa del mercurio si è prodotto il vuoto,
esso arresterà la sua discesa nel punto in cui il peso della colonna di mercurio uguaglia la
pressione atmosferica. Alla superficie del mare, dove la pressione dell’aria è pari ad 1 atm,
l’altezza della colonna di mercurio è di 76 cm e corrisponde, in peso a m 10,33 d’acqua e
cioè a 1,03 kg per cm².
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Lo spazio vuoto d’aria che si forma sopra il mercurio, è detto vuoto torricelliano, in
onore del fisico Evangelista Torricelli che per primo eseguì questa esperienza.
6.3.14 Pressione e velocità dei liquidi e dei gas – Concetto di carico
E bene conoscere quale rapporto esiste, nei fluidi in movimento, fra pressione e velocità.
Consideriamo allo scopo un recipiente cilindrico e contenente acqua compressa per
mezzo di uno stantuffo. In corrispondenza del fondo del cilindro l’acqua, oltre alla pressione
dello stantuffo, risente anche della pressione della colonna d’acqua sovrastante. Questi due
effetti di pressione rappresentano un’energia, tanto che l’acqua esce dall’orifizio con forza,
perché a ciò è spinta dalla forte pressione interna.
Questa pressione interna dicesi statica, perché l’acqua all’interno può considerarsi ferma,
e l’energia che l’acqua possiede, dicesi pure energia statica o potenziale.
La pressione statica considerata, è pertanto somma di due pressioni: l’una dovuta ad una
forza esterna e l’altra all’altezza dell’acqua che chiamasi anche altezza geodetica.
Appena oltre il foro di uscita, l’acqua viceversa non ha più pressione, perché liberamente
può espandersi nell’aria; essa invece ha acquistato una velocità che prima non aveva; e
perciò in luogo della pressione statica si parlerà di una pressione dinamica dovuta al
movimento del liquido, e misurabile con il tubo di Pitot.
L’energia statica o di posizione, posseduta dall’acqua all’interno del cilindro, non è
quindi andata perduta, perché anche la velocità di un oggetto rappresenta dell’energia,
meccanicamente utilizzabile per fare un lavoro, cosicché introducendo un dito nella vena
fluida che esce con violenza dall’orifizio, esso tende ad essere trascinato dall’acqua.
E avvenuta pertanto una trasformazione dell’energia: la pressione si è cambiata in
velocità, l’energia statica si è trasformata in energia dinamica.
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