La pressione

Corso di Laurea in Scienze della Formazione Primaria
Corso di Didattica della Fisica - Indirizzo elementare
a.a. 2007/2008
La pressione
Quando studiamo gli effetti delle forze dobbiamo in molti casi tener conto della
superficie sulla quale sono esercitate. La pressione è definita come la forza per unità di
superficie ovvero
pressione=
forza
superficie
e si ha
pressione =
Newton
= Pascal
m2
Come esempio per il calcolo della pressione consideriamo una persona di 60 Kg, i cui
piedi coprono un area di 500 cm2. Tale persona esercita sul terreno una pressione di
P=
F 60 9.8 N
=
= 1200Pascal
A
0.05 m 2
Se la persona sta su un solo piede, l’area coperta sarà la metà e quidi la pressione sarà
doppia.
Il concetto di pressione è particolarmante utile quando si ha a che fare con i fluidi*. La
pressione di un fluido varia con la profondità (più ci immmergiamo in acqua, maggiore è
la pressione dell’acqua che avvertiamo sul nostro corpo). Questo risultato può essere
visualizzato con un semplice calcolo
pressione =
forza
massa accelerazione massa accelerazione altezza
superficie
superficie
superficie altezza
massa accelerazione altezza
densità accelerazione altezza
volume
poichè volume= superficie altezza e densità=
massa
.
volume
La pressione causata dal peso dell’atmosfera terrestre è esercitata su tutti gli oggetti
immersi nell’aria. A livello del mare la pressione dell’atmosfera è
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P= 100000Pascal= 1 105 Pascal
un valore enorme che il corpo umano può sopportare perché la cellule di cui è composto
mantengono una pressione interna quasi uguale a quella esterna. La pressione all’interno
di un palloncino è leggermente maggiore di quella dell’atmosfera all’esterno mentre il
pneumatico di un automobile, a causa della sua rigidità, può mantenere una pressione
interna molto maggiore di quella esterna.
1. LA PRESSIONE DELL’ACQUA
Materiale occorrente:
Due bottiglie di plastica
Acqua
Un lavandino su cui lavorare
L’esperimento passo a passo:
Forare le bottiglie come
in figura
Riempire le bottiglie
d’acqua
Le osservazioni da fare:
L’acqua esce dalla
bottiglia tanto più
lontana quanto più in
basso si trova il foro
d’uscita
Le spiegazioni:
La pressione dell’acqua dipende dalla profondità. In un liquido uniforma la pressione ad uguali
profondità è la stessa.
*
Poiché gas e liquidi non mantengono una forma prefissata ed hanno così la capacità di fluire, spesso ci
si riferisce ad essi chiamandoli fluidi.
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2. L’ARIA SOSTIENE L’ACQUA
Materiale occorrente:
Un bicchiere con il bordo liscio
Una cartolina perfettamente piana o un cartoncino lucido delle stesse dimensioni
Acqua
Un lavandino su cui lavorare
L’esperimento passo a passo:
Riempire il bicchiere con l'acqua
Far aderire perfettamente la cartolina dalla parte lucida al bordo del bicchiere (si può
eventualmente bagnarla un po')
Tenendo il palmo della mano sulla cartolina, capovolgere il bicchiere
Allontanare la mano dalla cartolina
Le osservazioni da fare:
La cartolina rimane attaccata al bordo del bicchiere e l'acqua non cade
Le spiegazioni:
La pressione dell'aria esercitata dal basso sulla cartolina è maggiore del peso dell'acqua
all'interno del bicchiere per questo la cartolina sostiene l'acqua e non cade
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3. MISURIAMO LA PRESSIONE DEL CIELO (barometro)
Materiale occorrente:
Barattolo di vetro trasparente
Palloncino
Elastico
Nastro adesivo
Astina (cannuccia, stuzzicadenti lungo)
L’esperimento passo a passo:
Tagliare in due palloncino in modo da ottenere una membrana elastica
Prendere la metà del palloncino non forata e fissarla sull'imboccatura del barattolo con l'elastico
in moto da tappare il barattolo
Tendere la membrana in modo che non formi increspature e fissate sulla stessa una estremità
dell'astina in modo della punta sia al centro e l'astina sporga per quasi tutta la sua lunghezza
Le osservazioni da fare:
Se ci si trova in un ambiente a temperatura costante (a esempio la classe), la posizione dell'
astina varierà al variare della pressione atmosferica. In particolare, se la pressione atmosferica è
alta la superficie della palloncino è incurvata verso l'interno e di conseguenza l'astina sarà
deflessa verso l'alto. viceversa se la pressione atmosferica bassa l'astina sarà deflessa verso il
basso. Abbiamo quindi costruito uno strumento per la misura della pressione atmosferica.
Le spiegazioni:
La pressione atmosferica è generata dalla presenza dell'aria intorno a noi. In particolare la massa
d'aria che ci sovrasta pesa su ogni cosa e su ogni oggetto, anche sull'aria stessa. Se, infatti,
rimuoviamo l'aria dall'interno di una bottiglia di plastica essa si accartoccia per effetto della
pressione dell'aria esterna che non è compensata dalla pressione dell'aria interna. Normalmente
una bottiglia di plastica non si accartoccia perché su ogni parte della sua superficie la forza
esercitata dall’aria interna è uguale ed opposta a quella dell’aria esterna. Allo stesso modo l’aria
contenuta nel barattolo eserciterà una forza sulla membrana costituita dal palloncino, uguale ed
opposta a quella dell’aria esterna. Siamo quindi in una condizione di equilibrio.
In un diverso momento, per effetto di un cambiamento della
temperatura o delle condizioni metereologiche, la pressione
Alta
dell’aria esterna può aumentare e di conseguenza la forza con
Pressione
cui agisce l’aria esterna è maggiore. L’equilibrio precedente si
rompe e la superficie della membrana è spinta verso l’interno
(astina verso l’alto).
Bassa
Pressione
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4. LO SPRUZZATORE
Materiale occorrente:
Un bicchiere
Una cannuccia
Acqua
L’esperimento passo a passo:
Riempire il bicchiere con l'acqua
Tagliare la cannuccia in maniera tale che rimanga attaccata solo da una parte
Piegare la cannuccia ed inserire la parte più corta all’interno del bicchiere
Soffiare dentro la cannuccia
Le osservazioni da fare:
Più forte soffiamo, più acqua viene spruzzata fuori dal bicchiere
Le spiegazioni:
L’aria che fuoriesce in corrispondenza della parte superiore della cannuccia immersa produce
una riduzione di pressione in tale zona. L’acqua del bicchiere, su cui grava la pressione
atmosferica, viene fatta risalire attraverso la cannuccia ed il getto d’aria rompe l’acqua in piccole
goccioline.
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5. L’ARIA PREME
Materiale occorrente:
Due palloncini identici
Un bastoncino lungo almeno 30 centimetri
Filo
Cannuccia
L’esperimento passo a passo:
Controllare che i palloncini siano abbastanza morbidi altrimenti stenderli con le mani
Gonfiare i palloncini di modo che abbiano la stessa dimensione
Fissare con il filo i palloncini alle estremità del bastoncino
Appendere tutto fissando il bastoncino ad un mobile alto (lavagna, armadio, ...)
Soffiare nello spazio tra i palloncini con la cannuccia
Le osservazioni da fare:
In condizioni di equilibrio i palloncini restano fermi. Quando si soffia nello spazio compreso tra
i due palloncini questi comincieranno ad avvicinarsi.
Le spiegazioni:
Un fluido esercita una pressione in tutte le direzioni. Se vi fosse una differenza di pressione, sui
palloncini agirebbe una forza e comincerebero a muoversi. La differenza di pressione viene
creata dall’aria che fuoriesce dalla cannuccia che produce una riduzione di pressione nello
spazio compreso tra i due palloncini
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