MODULO 3
La pressione
La pressione
L’obiettivo del modulo è comprendere gli effetti
delle forze che dipendono dalla superficie su cui
esse vengono applicate.
Il grado di concentrazione di una forza sulla
superficie a cui è applicata viene misurata dalla
pressione.
La pressione
Definizione: è una grandezza scalare definita come
rapporto tra la forza applicata su una superficie, in
direzione perpendicolare ad essa, e l’area della
superficie.
F
p
A
Unità di misura: Nel SI la pressione si misura in Pa (Pascal)
che equivale a N/m2
Effetti di una forza su superfici diverse
Una stessa forza, applicata a due superfici diverse produce effetti
diversi
Un tacco a spillo produce
pressioni molto elevate
Il chiodo penetra nel
legno per la sua forma a
punta
Le racchette da neve sono
particolari calzature che consentono
di non affondare nella neve
Le ruote dei mezzi che operano su
terreni friabili hanno ruote molto
larghe
Grandezze inversamente proporzionali
►Due grandezze A e B sono inversamente proporzionali se al
raddoppiare di A si dimezza B, al triplicare di A la grandezza
B diventa un terzo e così via
► Due grandezze A e B sono inversamente proporzionali se il
loro prodotto è costante
A B k
► Due grandezze A e B sono
inversamente proporzionali se
il grafico cartesiano relativo alle
grandezze è una curva detta iperbole
Pressione, Forza, Area
Se la pressione è costante, la forza e la superficie sono
grandezze direttamente proporzionali!
F
p
A
Se la forza è costante, pressione e superficie sono
inversamente proporzionali!
p A F
La pressione nei fluidi
Le forze esercitate su un fluido o da un fluido sono
sempre distribuite su una superficie: quella del
recipiente che lo contiene o quella dei corpi che vi
sono immersi.
Per studiare le proprietà fisiche dei fluidi è necessario
utilizzare il concetto di pressione e definire alcuni
principi o leggi.
Il principio di Pascal
Enunciato: la pressione esercitata su una superficie di
un fluido si trasmette in tutte le direzioni e con la
stessa intensità su ogni altra superficie a contatto con
il fluido.
Il principio di Pascal
Il torchio o sollevatore idraulico è un dispositivo utilizzato
nelle officine meccaniche per sollevare autoveicoli utilizzando
piccole forze:
Nel sollevatore idraulico la pressione p1
sul pistone del cilindro piccolo si
trasmette invariata alla superficie
inferiore del pistone del cilindro più
grande.
Le forze esercitate dai pistoni sono direttamente proporzionali
all’area della superficie dei pistoni stessi: A2 > A1, quindi F2 > F1
Il principio dei vasi comunicanti
Enunciato: un liquido, posto in vasi comunicanti,
raggiunge lo stesso livello in tutti i vasi,
indipendentemente dalla forma e dalle dimensioni
La legge di Stevin
La pressione idrostatica è la pressione esercitata da un fluido
dovuta al suo peso. La legge di Stevin stabilisce che:
la pressione idrostatica è direttamente proporzionale al peso
specifico del liquido e alla sua profondità.
pid ps h
La pressione presente nel punto A del
recipiente sarà data dalla somma della
pressione atmosferica P0 e dalla pressione
idrostatica che dipende dal tipo di liquido e
dalla profondità h del punto A
La legge di Stevin
Calcoliamo la pressione che agisce su un subacqueo che nuota alla
profondità di 15 m sotto il livello del mare.
Secondo la legge di Stevin la pressione
idrostatica è data da: pid ps h
dove ps =104 N/m3 e
h = 15 m
pid =1,5∙105 Pa
Il valore ottenuto è 8 volte maggiore della
pressione esercitata sul suolo dal peso di un
uomo!
I sottomarini sono costruiti con spesse corazzate
proprio per resistere a pressioni così elevate!
La pressione aerostatica o atmosferica
Con pressione aerostatica si intende la pressione dovuta al peso
di un gas. Poiché il gas ha un ridotto peso specifico, tale
pressione è apprezzabile solo per grandi quantità di gas, come
nel caso dell’aria.
Def: la pressione aerostatica legata al peso
dell’atmosfera si chiama pressione atmosferica.
La pressione atmosferica non è costante ma diminuisce al crescere
dell’altezza sul livello del mare, per due motivi:
- Ad alta quota l’altezza della colonna d’aria è minore di quella che
c’è sulla stessa superficie a livello del mare;
-La densità dell’aria è minore man mano che si sale di quota.
La pressione atmosferica varia anche con le condizioni
meteorologiche.
La pressione atmosferica
In quali casi avvertiamo la pressione atmosferica?
Il corpo umano non avverte la pressione atmosferica, pur essendo il suo valore
molto elevato: 1,01 × 105 Pa a livello del mare.
Il timpano, una membrana sottile dell’orecchio, è invece sensibile alle repentine
variazioni di pressione, come quando si viaggia in aereo.
Quando l’aereo sale, la pressione diminuisce: la
pressione interna all’orecchio che è ancora uguale a
quella che c’era “a terra”, è perciò maggiore di quella
esterna e senti le orecchie tapparsi. Soluzione:
deglutisci o sbadiglia.
Discorso opposto quando l’aereo scende: la pressione
esterna aumenta, l’aria spinge sul lato esterno del
timpano e tende a farlo “rientrare”. Soluzione: bocca
chiusa, tappa il naso e soffia
La pressione
Unità di misura della pressione non SI
Chimica atmosfera (atm): 1 atm = 1,01 × 105 Pa
Meteorologia bar e millibar (mbar): 1 bar = 1 × 105 Pa;
1 mbar = 0,001 bar = 100 Pa
Campo medico millimetro di mercurio (mmHg), detto anche torr:
(press.sanguigna) 760 mmHg = 1 atm.
Campo tecnico kilogrammo su centimetro quadro (kg/cm2).
1 kg/cm2 = (9,8 N)/(1 × 10-4 m2) = 9,8 × 104 N/m2
Il principio di Archimede
Un corpo solido immerso in un liquido
risente di una forza orientata verso l’alto,
detta spinta idrostatica o di Archimede.
Se il corpo è immerso, il dinamometro segna
un peso minore: Pi = 3 N
-
Il corpo immerso nel liquido pesa di
meno perché è sottoposto alla forza-peso
P diretta verso il basso e alla spinta
idrostatica SA diretta verso l’alto
Pi P S A
Il principio di Archimede
Enunciato: un corpo immerso in un liquido
riceve una spinta dal basso verso l’alto pari
al peso del volume di liquido spostato.
S A psliq Vimm
Il corpo ha peso specifico maggiore del liquido:
ps corpo > ps liquido
P > SA
il corpo affonda
Il corpo ha peso specifico minore del liquido:
ps corpo < ps liquido
P > SA
il corpo emerge parzialmente, fino
a quando peso e spinta si equilibrano e quindi il corpo galleggia.
Il principio di Archimede
Se un corpo galleggia, solo una parte è immersa nel
liquido. Nel calcolare la spinta si considera solo il
volume della parte immersa.
Il rapporto tra il volume che emerge Ve e il volume
totale del corpo V è:
Ve psliq pscorpo
V
pscorpo
Nel caso di un iceberg,
ps liquido = 10000 N/m3
ps ghiaccio = 8820 N/m3
Ve
0,13
V
Nel caso di un iceberg, la parte emersa è solo
il 13 % di quella totale!!
Il principio di Archimede
Che succede ad un uomo immerso in acqua?
Il corpo umano è composto da tessuti di peso
specifico maggiore dell’acqua ma contiene
anche strutture piene di gas (polmoni, intestino)
che concorrono a rendere il peso specifico
medio leggermente inferiore a quello dell’acqua.
In nostro corpo in generale galleggia, ma la
parte emersa è molto piccola e dipende dalla
fase di respirazione.
Il galleggiamento è favorito al mare per il
maggior peso specifico dell’acqua di mare.
Il principio di Archimede
La spinta di Archimede agisce anche su un corpo immerso in un
gas. In aria la spinta di Archimede viene detta spinta aerostatica
Poiché la maggior parte dei corpi ha peso
specifico maggiore di quello dell’aria, la spinta
aerostatica è praticamente trascurabile!
La spinta aerostatica è responsabile del volo
delle mongolfiere.
