Corso di Idraulica Agraria
ed Impianti Irrigui
Docente: Ing. Demetrio Antonio Zema
Lezione n. 2: Proprietà
Proprietà dei fluidi
Anno Accademico 20112011-2012
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Definizione di fluido
Solido
Liquido Aeriforme
Volume proprio
Forma propria
Si
Si
Si
No
No
No
Superficie libera
Resistenza alla
variazione di volume
Si
Si
No
Si
Si
No
2
Definizione di fluido
Liquidi ed aeriformi costituiscono le due classi in cui si
possono distinguere i fluidi
Un fluido è pertanto un corpo materiale che, a causa
della mobilità
mobilità delle particelle che lo compongono, può
subire variazioni di forma rilevanti sotto forze di piccola
entità
entità, che tendono a divenire trascurabili quando la
velocità
velocità con cui avviene la deformazione tende ad
annullarsi (Citrini, 1999)
3
Densità e peso specifico
La densità
densità di un fluido è il rapporto tra la massa M del
fluido e il volume V occupato dalla stessa:
ρ=
M
V
Nel S.I. le sue dimensioni sono M L-3; la sua unità
unità di
3
misura è il kg/m (la densità
densità dell’
dell’acqua a 4°
4°C è di 1000
kg/m3)
Nel S.T. le sue dimensioni risultano F L-4 T2; la sua unità
unità
2
4
di misura il kg s /m (la densità
densità dell’
dell’acqua a 4°
4°C risulta
2
4
102 kg s /m )
4
Densità e peso specifico
Il peso specifico di un fluido è il rapporto tra il peso P
del fluido ed il volume V occupato dallo stesso:
γ=
P
V
Confrontando la precedente con la definizione di densità
densità,
si ricava:
γ P
=
=g
ρ M
Nel S.I. il peso specifico dell’
dell’acqua a 4°
4°C risulta 9806
3
3
N/m ; nel S.T. risulta 1000 kg/m
5
Comprimibilità
La comprimibilità
comprimibilità è la proprietà
proprietà di un fluido di
modificare il proprio volume (e quindi la propria densità
densità)
al variare della pressione alla quale esso è assoggettato
A tal fine si definisce un modulo di comprimibilità
comprimibilità
ε=
dp
dρ
ρ
Esso indica la variazione di pressione necessaria per
ottenere una variazione relativa di densità
densità pari a 1
Per i liquidi,
liquidi, dato l’
l’elevato valore di ε, risulta in pratica
dρ = 0, quindi si può considerare ρ = costante (fluido
6
incomprimibile)
Tensione superficiale
La superficie di separazione fra due fluidi non miscibili
si comporta, a causa delle forze di attrazione
molecolare,
molecolare, come una membrana elastica in stato
uniforme di tensione
Tale proprietà
proprietà è definita tensione superficiale
7
Tensione superficiale
La figura evidenzia le differenti intensità
intensità delle forze di
attrazione molecolare all’
all’interfaccia fra due fluidi
immiscibili (es. ariaaria-acqua)
8
Tensione superficiale
F
F
l
Se immaginiamo di tagliare una superficie circolare
lungo un diametro (l), per mantenere in contatto le due
labbra del taglio occorre esercitare su ciascuno di essi
una forza F:
F: la tensione superficiale è misurata dal
rapporto s (forza per unità
unità di lunghezza):
lunghezza):
s=
F
l
9
Contatto liquido-gas-solido
Quando un liquido viene a contatto con una superficie
solida in presenza di un gas, per effetto delle forze di
attrazione molecolare la superficie di separazione
liquidoliquido-gas forma con la superficie solida un angolo di
contatto β variabile fra 0°
0° e 180°
180° in funzione della natura
del liquido, del gas e della superficie solida
10
Contatto liquido-gas-solido
L’interazione solidosolido-fluidi non miscibili si
schematizzare attraverso l’
l’angolo di contatto β:
può
0° < β < 90°
90° fluido bagnante
90°
90° < β < 180°
180° fluido non bagnante
menisco
menisco
La parete “attira”
attira” il liquido
Il liquido bagna la parete
Le molecole interne “attirano”
attirano” il liquido
Il liquido non bagna la parete
11
Contatto liquido-gas-solido
Questo comportamento
capillarità
capillarità
spiega
il
fenomeno
della
L’innalzamento (o la depressione) h dovuto alla
capillarità
capillarità è inversamente proporzionale al diametro d
del tubicino
h d = cost
12
Contatto liquido-gas-solido
13
Viscosità
Per un fluido in movimento si definisce viscosità
viscosità la
tensione tangenziale che un fluido oppone allo
scorrimento fra due strati piani paralleli quando la
velocità
velocità angolare di deformazione è unitaria
L’evidenza sperimentale mostra che la forza F,
rapportata all’
all’unità
unità di superficie bagnata (A),
(A), è
direttamente
proporzionale
alla
velocità
V
e
velocità
14
inversamente proporzionale allo spessore di fluido ∆x
Viscosità
Al limite per ∆x→0, F/A risulta proporzionale alla
derivata della velocità
velocità nella direzione perpendicolare
al moto n
Il coefficiente di proporzionalità
proporzionalità µ è detto viscosità
viscosità
2
dinamica del fluido [N s m ]
Legge di
Newton
15
Viscosità
Nella meccanica dei fluidi risulta conveniente
introdurre un’
un’altra grandezza cinematica direttamente
legata alla viscosità
viscosità: essa è la viscosità
viscosità cinematica,
cinematica,
pari al rapporto fra la viscosità
viscosità dinamica µ e la densità
densità
del fluido ρ
ν=
µ
ρ
[m2 s-1] = [N s m-2]/[N m-1 s2 m-3]
ν
µ
ρ
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(IDRAULICA AGRARIA - LEZIONE 2 (Propriet dei fluidi)_2011-12 )
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