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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine1 I fluidi.

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Presentazione sul tema: "Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine1 I fluidi."— Transcript della presentazione:

1 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine1 I fluidi

2 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine2 Definizione Un fluido, al contrario di un solido, e una sostanza che puo fluire. I fluidi si adattano alla forma del recipiente che li contiene. Questo avviene perche i fluidi non sono in grado di opporre resistenza ad una forza applicata tangenzialmente alla loro superficie

3 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine3 Densita e Pressione Parlando di corpi rigidi, ci riferiamo sempre a materia con una certa struttura: un pezzo di legno, una palla da baseball, una rotaia di metallo etc.. Nel caso dei fluidi, si e interessati a proprieta che possono variare da punto a punto. Quindi, e piu utile parlare di densita e pressione piuttosto che di massa e forze. La densita e uno scalare, l unita SI e il kg/m 3.

4 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Black hole (1 solar mass) Neutron star (core) 3 x Uranium nucleus White dwarf star (core) 1.6 x 10 5 core 1.4 x 10 3 Sun: average 2.8 x 10 3 crust 9.5 x 10 3 core 5.5 x 10 3 Earth: average 13.6 x 10 3 Mercury (the metal) 7.9 x 10 3 Iron x 10 3 Whole blood x 10 3 Seawater: 20°C and 1 atm x °C and 50 atm x 10 3 Water: 20°C and 1 atm x 10 3 Ice 1 x 10 2 Styrofoam °C and 50 atm 1.21 Air: 20°C and 1 atm pressure Best laboratory vacuum Interstellar space Density (kg/m 3 ) Material or Object TABLE 15-1 Some Densities

5 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine5 Pressione F e la grandezza della forza perpendicolare allarea A. L unita SI di pressione e il N/m 2, detto pascal (Pa). La pressione dei pneumatici si misura in kilopascal!

6 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine6 Pressione Supponiamo che su una superficie agisca una forza Definiremo come pressione sulla superficie il vettore Il vettore è perpendicolare alla superficie In genere esistono anche forze tangenti attenzione: ci possono essere anche pressioni negative...

7 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine7 Pressione Per definizione in un fluido ideale non ci sono sforzi tangenziali Esistono solo pressioni normali alle superfici

8 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine8 Pressione La pressione si misura nel SI in pascal e poi in un mucchio di altre unità

9 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine9 Pressione Controllate (moltiplicando per 1…)

10 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine10 a Pressure in excess of atmospheric pressure. b The systolic pressure, corresponding to 120 torr on the physician's pressure gauge Best laboratory vacuum 1.6 x 10 4 Normal blood pressure ab 1.0 x 10 5 Atmosphere at sea level 2 x 10 5 Automobile tire a 1 x 10 6 Spike heels on a dance floor 1.1 x 10 8 Deepest ocean trench (bottom) 1.5 x Highest sustained laboratory pressure 4 x Center of Earth 2 x Center of the Sun Pressure (Pa) TABLE 15-2 Some Pressures

11 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine11 Schema ideale di un fluido In un fluido si trascura la costituzione atomica La trattazione è basata su una idealizzata continuità In generale in un fluido punto per punto vengono definiti densità velocità pressione

12 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine12 Schema ideale di un fluido Se la densità è costante fluido omogeneo ed incompressibile attenzione: non esistono fluidi incompressibili! Se ci sono forze dissipative fluidi viscosi Se il fluido non è viscoso ed ha densità costante fluido ideale

13 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine13 Un fluido ha in genere la densità che varia da punto a punto, con continuità quindi ad ogni punto dello spazio è assegnato uno scalare una funzione del punto, oltre che del tempo Viene definito così un campo scalare Schema ideale di un fluido

14 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine14 La velocità del fluido varia in genere da punto a punto Ad ogni punto viene associato il vettore velocità del fluido in quel punto Viene così definito un campo vettoriale ecco alcuni esempi Campo vettoriale delle velocità

15 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine15

16 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine16 Linee di corrente Le linee definite dal fatto che hanno per tangenti il vettore velocità sono chiamate linee di corrente Un insieme di linee di corrente che attraversa una superficie ad un certo punto viene chiamato tubo di flusso

17 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine17 Schema ideale di un fluido Per definizione, da un tubo di flusso il fluido non può entrare o uscire dalle pareti laterali

18 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine18 La statica dei fluidi

19 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine19 Il principio di Pascal Se un fluido è statico in ogni elemento di superficie, comunque orientato, le forze debbono avere risultante nulla Quindi la pressione devessere costante Tipico uso: i martinetti idraulici

20 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine20 Il Principio di Pascal Pallini di piombo poggiati su un pistone creano una pressione p ext alla sommita del liquido chiuso (incomprimibile). Se p ext viene aumentata, la pressione cresce dello stesso incremento in ogni parte del liquido. Una variazione di pressione applicata ad un fluido incomprimibile chiuso, si trasmette invariata in ogni parte del fluido e alle pareti del contenitore.

21 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine21 La leva idraulica Il lavoro fatto e : Con una leva idraulica una certa forza applicata su una certa distanza, puo essere trasformata in una forza molto maggiore applicata su una distanza minore.

22 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine22 La legge di Stevino Consideriamo un fluido ideale soggetto alla gravità Pressioni e peso debbono dare risultante zero z P(z) P(z)+dp dS

23 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine23 La legge di Stevino Dovremo avere z P(z) P(z)+dp

24 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine24 La legge di Stevino La pressione dipende e linearmente da densità (se costante!) accelerazione di gravità quota La pressione non dipende dalla massa la botte di Pascal! Si può far scoppiare una botte con pochissima acqua!

25 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine25 La botte di Pascal In una botte piena d'acqua si immerga un tubo stretto e alto. Versando acqua nel tubo la pressione idrostatica p aumenta (Stevino) proporzionalmente all' altezza. Per il principio di Pascal l'aumento di p siprincipio di Pascal trasmette a tutto il liquido nella botte ed aumenta anche la forza esercitata dall'acqua contro le pareti della botte (F =pxS) Si arriverà ad un punto in cui la botte si rompe

26 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine26 Lesperimento di Torricelli Il mercurio si stacca dal tubo Per la prima volta si crea il vuoto in realtà si tratta di vapori di Hg vuoto torricelliano la pressione della colonna di mercurio devessere uguale a quella della nostra atmosfera

27 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine27 Il principio di Archimede Una zona di fluido è soggetta ad un insieme di forze di pressione al suo peso …con risultante nulla Se sostituiamo il fluido con un corpo le forze di pressione non se ne accorgono

28 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine28 Il principio di Archimede Cambia però il peso!...mentre la spinta verso lalto è la stessa di prima il peso del fluido spostato! La risultante in genere non è più zero se diretta verso il basso il corpo affonda se diretta verso lalto il corpo galleggia …e

29 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine29 Quando un corpo e completamente o parzialmente sommerso, una forza generata dal fluido circostante agisce sul corpo. La forza e diretta verso lalto ed e pari al peso m f g del fluido che e stato spostato dal corpo. Il principio di Archimede

30 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine30 Principio di Archimede Determinare la forza che agisce sul cubo F B = F 2 – F 1 = P 2 A – P 1 A = (P 2 – P 1 )A = g d A = g V La spinta idrostatica e il peso del fluido spostato

31 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine31 Principio di Archimede Spinta idrostatica (F B ) Peso del fluido spostato F B = fluido x V spostato g F G = Mg = oggetto V oggetto g L oggetto affonda se oggetto > fluido L oggetto galleggia se oggetto < fluido Se l oggetto galleggia F B = F G

32 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine32 Galleggiamento Quando un corpo galleggia, l intensita F b della spinta idrostatica e pari all intensita della forza peso che agisce sul corpo. Quando un corpo galleggia, lintensita F g della forza peso che agisce sul corpo e pari al peso m f g del fluido che e stato spostato dal corpo.

33 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine33 Peso apparente in un fluido


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