MODULO 3. La pressione

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1 MODULO 3 La pressione

2 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.

3 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. p F A Unità di misura: Nel SI la pressione si misura in Pa (Pascal) che equivale a N/m 2

4 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 Le racchette da neve sono particolari calzature che consentono di non affondare nella neve Il chiodo penetra nel legno per la sua forma a punta Le ruote dei mezzi che operano su terreni friabili hanno ruote molto larghe

5 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

6 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

7 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.

8 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.

9 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 p 1 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: A 2 > A 1, quindi F 2 > F 1

10 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

11 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. p id p s h La pressione presente nel punto A del recipiente sarà data dalla somma della pressione atmosferica P 0 e dalla pressione idrostatica che dipende dal tipo di liquido e dalla profondità h del punto A

12 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: dove p s =10 4 N/m 3 e h = 15 m p id p s h p id =1, 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!

13 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.

14 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, 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

15 La pressione Unità di misura della pressione non SI Chimica Meteorologia Campo medico (press.sanguigna) Campo tecnico atmosfera (atm): 1 atm = 1, Pa bar e millibar (mbar): 1 bar = Pa; 1 mbar = 0,001 bar = 100 Pa millimetro di mercurio (mmhg), detto anche torr: 760 mmhg = 1 atm. kilogrammo su centimetro quadro (kg/cm 2 ). 1 kg/cm 2 = (9,8 N)/( m 2 ) = 9, N/m 2

16 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: P i = 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 S A diretta verso l alto P P i S A

17 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 p sliq V imm Il corpo ha peso specifico maggiore del liquido: p s corpo > p s liquido P > S A il corpo affonda Il corpo ha peso specifico minore del liquido: p s corpo < p s liquido P > S A il corpo emerge parzialmente, fino a quando peso e spinta si equilibrano e quindi il corpo galleggia.

18 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 V e e il volume totale del corpo V è: V V e p sliq Nel caso di un iceberg, p s liquido = N/m 3 p s ghiaccio = 8820 N/m 3 V e V 0,13 p p scorpo scorpo Nel caso di un iceberg, la parte emersa è solo il 13 % di quella totale!!

19 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.

20 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.