Cap. 5 La meccanica dei fluidi

Lo stato liquido Lo stato liquido ha le seguenti caratteristiche: Ha un volume proprio e quindi è pressoché incomprimibile Non ha una forma propria ma acquista la forma del recipiente che lo contiene

Stato liquido Nello stato liquido le forze di coesione sono moderate e l’agitazione termica è in grado di contrastare queste forze anche se non sono in grado si separare le molecole una dall’altra Questo fa si che le molecole si possono spostare facilmente e rotolare una sull’altra

La pressione idrostatica I liquidi esercitano una pressione perché hanno un peso che agisce sulla superficie che li contiene La pressione idrostatica è la pressione esercitata da un liquido in tutte le direzioni sulle pareti del recipiente che lo contiene. La pressione idrostatica agisce in tutte le direzioni perpendicolarmente alle pareti del recipiente

Principio di Pascal Consideriamo un recipiente pieno di liquido e un pistone che ci consente di applicare una pressione Questa pressione si trasmette inalterata in tutte le pareti del recipiente una pressione esercitata in un punto di una massa fluida si trasmette in ogni altro punto e in tutte le direzioni con la stessa intensità

Fattori da cui dipende la spinta idrostatica La pressione varia con il variare dell'altezza della colonna di liquido: nel punto più basso del recipiente la pressione è maggiore perché è più alta la colonna di liquido, in un punto più alto la pressione sarà minore. Tutto ciò si può dimostrare con un semplice esperimento come mostrato in figura Ma cosa succede se prendo due liquidi diversi? Questa volta dalla figura vediamo che la bhottiglia d’acqua dà gli schizzi più consistenti della bottiglia d’olio … cosa significa? L’acqua ha una densità maggiore dell’olio perciò la spinta idrostatica dipende anche dalla densità del liquido

Legge di Stevin La pressione esercitata da un liquido sul fondo di un recipiente è direttamente proporzionale al prodotto del peso specifico del liquido per l’altezza del liquido p = ps x h

Liquidi in quiete La disposizione dell’acqua alla superficie del bicchiere prende il nome di superficie libera Essa è orizzontale succede se inclino il tavolo? La superficie libera di un liquido è sempre orizzontale per qualsiasi tipo di liquido Cosa succede se prendo più recipienti che sono in comunicazione fra loro e verso l’acqua in uno di essi? Il liquido raggiunge lo stesso livello in ciascuno di essi indipendentemente dalla forma e dal volume ….. Ma è sempre cosi ….. Guardiamo la seguente figura ….. Cosa può essere successo Notate qualcosa nel diametro dei tubi …. Superficie libera orizzontale

La capillarità La risalita capillare è un fenomeno che si manifesta per l’azione concomitante di due forze: le forze di coesione del liquido, le forze di adesione fra liquido e recipiente e la tensione superficiale La capillarità dell’acqua si manifesta sulla superficie del liquido in contatto col solido e si presenta sollevata poiché le forze di adesione tra l'acqua ed il recipiente che la contiene sono maggiori delle forze di coesione tra le molecole d'acqua  Il fenomeno è più evidente nei tubi capillari poiché in questi è maggiore la parte di liquido a contatto con le pareti del recipiente rispetto al volume totale e quindi la parte di liquido che genererà le forze di coesione sarà maggiore e perciò lo spostamento del livello del liquido all' interno del capillare sarà maggiore.

Forze di coesione Possiamo facilmente osservare le forze di coesione dell’acqua osservando una goccia di rugiada o un insetto che cammina sull’acqua Questo si verifica perché a causa delle forze di coesione che tengono unite le molecole di acqua Tuttavia le molecole di acqua presenti in superficie non sono tutte circondate da molecole di acqua ma le hanno solo sotto e questo genera una forza centripeta detta tensione superficiale Questa tensione fa si che le gocce d’acqua tendano ad assumere una forma sferica

Forze di adesione Cos’è che non fa cadere queste gocce d’acqua? Sono le forze di adesione fra acqua e solido Si definiscono forze di coesione le forze che si generano nella superficie di contatto fra solido e liquido Come abbiamo visto queste forze stanno alla base del fenomeno della capillarità La curvatura dell’acqua a contatto col vetro prende il nome di menisco e si verifica sempre nei liquidi che si legano al recipiente Il menisco è concavo nei liquidi in cui le forze di adesione superano le forze di coesione, convesso nei casi opposti (in questo caso le molecole non riescono a salire e vengono trascinate verso il basso

Travasare liquidi Il travaso dei liquidi sfrutta il principio dei vasi comunicanti Ricordiamo che nei vasi comunicanti l’acqua tende a raggiungere lo stesso livello in tutti i tubi Ma cosa succede se collego con un tubo un recipiente posto in alto con uno posto in basso? (si può fare aspirando l’aria dal tubo) Nel tentativo di raggiungere lo stesso livello tutta l’acqua del recipiente A si verserà in B

Acquedotto Anche gli acquedotti sfruttano il principio dei vasi comunicanti Gli acquedotti sono un sistema per portare acqua alle abitazioni col minor dispendio di energia possibile Il serbatoio di un acquedotto è posto su una torre piuttosto alta Questo perché col principio dei vasi comunicanti tutta l’acqua presente nell’impianto cittadino tenderà a raggiungere lo stesso livello dell’acqua presente nel serbatoio In questo modo si può rifornire di acqua tutta le abitazioni cittadine

Liquidi in movimento Normalmente noi vediamo dei liquidi in movimento come nei fiumi Il moto ordinato dell’acqua in un condotto prende il nome di corrente La superficie che taglia trasversalmente il corso d’acqua viene detta sezione La quantità di acqua (volume) che passa attraverso la sezione nell’unità di tempo è detta portata

Le dimensioni sono il metro cubo al secondo m3/s Portata Si definisce portata e si indica con Q il volume di liquido che passa in un secondo attraverso la sezione di un condotto Q = ____ V t Le dimensioni sono il metro cubo al secondo m3/s

Q = ____ V t V = S x h Q = ______ S x h t v = ____ h t Q = S x v Consideriamo un tubo a sezione costante Sappiamo che la portata è: Q = ____ V t 1 Se noi consideriamo la sezione S vediamo che in un tempo t essa ha percorso un tratto h Cioè ha percorso un volume di cilindro pari a: V = S x h 2 Q = ______ S x h t 3 Se sostituisco la 2 nella 1 ottengo: Ma noi sappiamo che s/t non è altro che la velocità v del liquido v = ____ h t 4 Se sostituisco la 4 nella 3 ottengo: Q = S x v 5 Notare l’importanza delle maiuscole e delle minuscole, la V indica il volume mentre la v indica la velocità; la S indica la sezione mentre s indica lo spazio percorso

La portata di un condotto è uguale al prodotto della sezione del condotto per la velocità media delle particelle di liquido Q = S x v A velocità costante la portata è tanto più ampia quanto più è ampia la sezione S del condotto A sezione costante la portata è tanto maggiore quanto maggiore è la velocità v delle particelle del liquido A portata costante la velocità v del liquido è tanto maggiore quanto è minore S la sezione del liquido

Flusso stazionario Si parla di flusso stazionario quando la portata è costante in tutti i punti del condotto In questo caso la velocità è inversamente proporzionale alla sezione del condotto Per questo se noi ostruiamo parzialmente l’uscita di un tubo di irrigazione la velocità del flusso aumenta

Le slide seguenti non sono opera mia e non riesco a rintracciare la fonte L’acqua risorsa preziosa e non rinnovabile: come risparmiarla? Acqua preziosa

L’acqua è risorsa da non sprecare. In alternativa: il deserto! Ricordati che più di un miliardo e duecento milioni di persone non hanno accesso all’acqua potabile!

Ecco le previsioni della disponibilità d’acqua pro-capite nel Mondo:

L'acqua potabile è veramente poca...

1 Acqua e aria alleate per il risparmio Applicare un frangigetto ai rubinetti di casa consente di risparmiare diverse migliaia di litri di acqua ogni anno.

2 Una manutenzione che non fa acqua Un rubinetto che gocciola o uno scarico che perde acqua possono sprecare 100 litri d'acqua al giorno.Una corretta manutenzione o, se necessario, una piccola riparazione, faranno risparmiare tanta acqua potabile.

3 Uno scarico che non scarica la responsabilità Il 30% dei consumi domestici ha luogo con lo scarico W.C. Ogni volta che viene azionato se ne vanno almeno 10 litri di acqua e, spesso, solo per un pezzettino di carta.

4 Lavarsi soprattutto…sotto la doccia Il consumo di acqua quando si fa il bagno è di 150 litri - il triplo rispetto ad una doccia.

5 Aprite gli occhi… e chiudete il rubinetto 5 Aprite gli occhi… e chiudete il rubinetto! Occhio al rubinetto quando ci laviamo i denti o ci facciamo la barba: teniamolo aperto solo per il tempo necessario

Acqua corrente solo quando serve Per lavare i piatti non è indispensabile usare l'acqua corrente; basta raccoglierne la giusta quantità nel lavello per risparmiare alcune migliaia di litri all'anno.

7 Elettrodomestici al completo Utilizzare lavatrici e lavastoviglie solo quando sono a pieno carico. In questo modo, oltre all'acqua, risparmierete anche energia elettrica.

8 Le buone intenzioni finiscono in giardino Il momento buono per innaffiare le piante non è al pomeriggio, quando la terra è ancora calda di sole e fa evaporare l'acqua, bensì alla sera, quando il sole è calato. Meglio ancora se si possono utilizzare sistemi di irrigazione a micropioggia e programmabili per funzionare durante la notte, quando i consumi sono più bassi e meno acqua è prelevata rispetto ai consumi diurni.

9 Un'auto sulla strada del risparmio Per lavare l' automobile utilizzare sempre un secchio pieno d'acqua piuttosto che la canna del giardino. Calcolando che per il lavaggio dell'auto viene utilizzata acqua per circa 30 minuti, si potranno risparmiare circa 130 litri di acqua potabile ad ogni lavaggio.

10 Il risparmio ha scoperto l'acqua calda Quante volte, aperto il rubinetto dell'acqua calda la lasciamo scorrere via finché non arriva la temperatura voluta? Eppure basta isolare le condutture dell'acqua calda, per diminuire il