Equilibrio dei fluidi, legge pascal, legge stevia, i vasi comunicanti, archimede, Esercizi di Fisica

Scarica Equilibrio dei fluidi, legge pascal, legge stevia, i vasi comunicanti, archimede e più Esercizi in PDF di Fisica solo su Docsity! EQUILIBRIO DEI FLUIDI (video 1 e 2) | fluidi sono i liquidi e i gas. Tutte le sostanze possono essere allo stato solido, liquido e gassoso a seconda della pressione e della temperatura a cui sono sottoposte (es. acqua). La differenza fra i solidi, liquidi e gas è che il solido ha sempre forma e volume proprio, i liquidi hanno volume proprio ma non una forma propria (prende forma del recipiente), invece i gas non hanno né forma né volume proprio poiché costituiti da molecole slegate tra loro che tendono ad occupare tutto lo spazio a disposizione. La pressione. Ad esempio il chiodo ha una punta un po' più “affilata” in modo da avere, mentre si batte il chiodo, una superficie di contatto molto piccola così che la forza premente risulti concentrata sulla superficie di contatto (il chiodo entra con più facilità, forza di penetrazione maggiore). Ad esempio gli sci, invece, permettono di distribuire il peso dello sciatore su una superficie maggiore, dunque la forza premete è concentrata sulla superficie di contatto tra gli sci e la neve. La pressione è una grandezza scalare definita come il rapporto tra il modulo della forza (perpendicolare alla superficie) e l'area di questa superficie. (P=F/S) = (Pa=N/m?). Pressione e superficie sono inversamente proporzionali= minore è la superficie di contatto, maggiore è la pressione (es. coltello). L'Unità di misura della pressione è il Pascal: 1Pa=1N/1m? Il Pascal è una grandezza molto piccola, spesso si usano i multipli (kilopascal = 1000 Pascal). Un gas non esercita forza su un singolo punto del recipiente, ma su tutte le pareti (es. bombola di gas). Allo stesso modo un nuotatore esercita una forza su tutta l’acqua che lo circonda, ovvero tutti i punti dell’acqua a contatto con il suo corpo sono soggetti alla stessa forza. La legge di Pascal: la pressione esercitata su una superficie di un liquido si trasmette. con lo stesso valore. su ‘ogni altra superficie a contatto con il liquido. Pascal era un fisico, viene dato il suo nome allunga di misura della pressione. Esempio, contenitore pieno di liquido, all’interno del quale è contenuto un palloncino. Viene spinto il pistone all'estremità del contenitore e notiamo il palloncino che viene premuto in ogni parte dall'acqua = il liquido esercita pressione su tutte le superfici contatto con esso. Ci sono molte applicazioni pratiche di questa legge, un esempio è il torchio idraulico, il quale considera che i liqi ;ono incomprimibili. Si ha un sistema costituito da due cilindri di diversi diametri collegati fra loro e all'interno c'è dell'olio per ridurre le forze di attrito. Secondo la legge di Pascal, la forza esercitata sul pistone del cilindro più piccolo è uguale a quella che viene trasmessa, grazie al liquido, sul cilindro più grande. La pressione esercitata sul cilindro più piccolo (Fy/S,) è uguale alla pressione che si sviluppa sulla superficie B (Fy/Sì) —> F,: Sa= Fa: Sg Un'altra applicazione è il freno a disco; la pressione esercitata sul pedale si trasmette lungo i tubi pieni di liquido e fa stringere le due pastiglie che, per attrito, rallentano il disco collegato alla ruota. IL PRINCIPIO DI PASCAL Esempio con esperimento: viene posto un palloncino gonfiato con elio (gas con densità minore dell’aria) in un cilindro pieno d’aria e chiuso ermeticamente da un pistone libero di scorrere. Se spingiamo in basso il pistone, notiamo il palloncino che si restringe in modo uniforme, ciò vuol dire che il suo volume diminuisce ma la sua forma non cambia. L'aumento di pressione che il pistone esercita sull’aria del cilindro si è trasmesso uniformemente su tutta la superficie del palloncino. Questo esperimento mostra la validità del principio di Pascal. Principio di Pascal: la pressione esercitata su una qualunque superficie a contatto con un fluido (liquido o gas) si trasmette con la stessa intensità su tutte le altre superfici a contatto con il fluido. LA LEGGE DI STEVIN Quando si riempie un recipiente con un liquido, esso esercita sulle pareti del recipiente una pressione chiamata idrostatica. Esperimento: due recipienti di forma diversa sono chiusi sul fondo da una membrana elastica che si deforma man mano che cresce la pressione su di essa. Il primo recipiente (con capienza maggiore) viene riempito con dell’acqua e notiamo che la pressione idrostatica deforma la membrana. Riempiendo il secondo recipiente allo stesso livello del primo, la pressione è uguale a prima nonostante l' ‘acqua versata sia minore. La ido. Ora l'esperimento viene ripetuto con due recipienti uguali; viene versata l'acqua nel primo recipiente, mentre nel secondo solo la metà. La pressione idrostatica ora è minore, dunque si osserva che essa dipende dall'altezza raggiunta dal liquido. L'esperimento viene ripetuto una terza volta con due recipienti uguali ma utilizzando due liquidi di diversa densità; il primo recipiente viene riempito d’acqua, mentre nel secondo viene versata la stessa quantità di alcool. L’alcool ha una densità minore dell’acqua, quindi la pressione idrostatica esercitata dall'alcool è minore, dunque essa dipende dalla densità del liquido. In conclusione, la pressione esercitata da un liquido su un fondo di un recipiente cresce al crescere della densità e dell'altezza del liquido; la pressione è direttamente proporzionale sia alla densità sia all’altezza del liquido e la costante di proporzionalità è l'intensità del campo gravitazionale (g). La pressione sul fondo, infatti, corrisponde al rapporto tra il peso della colonna di liquido e la superficie. I VASI COMUNICANTI Vengono presi in considerazione due recipienti pieni d'acqua collegati da un canale nel quale viene inserita una barriera mobile. Si può notare che l’acqua ha due altezze differenti nei recipienti, h1 e h2. Calcolando le pressioni agenti sulla barriera di separazione, notiamo che sulla sinistra agisce una pressione pari a d(densità)x g x h1, mentre sulla destra agisce una pressione pari a dxgxh2. Poiché h1 è maggiore di h2 (l'altezza dell’acqua nel recipiente 1 è maggiore), la pressione esercitata da sinistra sulla barriera è maggiore di quella esercitata da destra. Ora viene tolta la barra di separazione e si nota che, per effetto della differenza di pressione, l’acqua scorre da sinistra verso destra e quando viene raggiunta una situazione di quiete vediamo che il livello dell'acqua è uguale in entrambi i vasi. Se viene riabbassata la barriera e vengono visualizzate le pressioni agenti su di essa, si può verificare che esse si equilibrano perfettamente. Questo esperimento permette di enunciare il principio dei vasi comunicanti: se più recipienti di diverse forme sono collegati tra loro e contengono lo stesso liquido, il livello del liquido deve essere lo stesso in tutti i recipienti. LA LEGGE DI ARCHIMEDE Legge di Archimede: un corpo immerso in un fluido, interamente o parzialmente, è soggetto a una spinta verticale verso l'alto di intensità uguale al peso del fluido spostato dal corpo stesso. Esperimento; occorrente: asta di legno, dinamometro, cilindro graduato con acqua, oggetti solidi che affondano in acqua. Con il dinamometro viene misurata la forza peso degli oggetti in aria e in acqua, misurando il volume d’acqua che ciascun oggetto sposta quando è immerso. Quanto va la spinta esercitata dall'acqua? Viene agganciato un oggetto di ottone al dinamometro per misurare la forza peso; in aria esso vale 0,95 Newton, mentre se viene immerso in un cilindro pieno d'acqua (il cui volume iniziale è di 70 cm cubi) la forza peso diventa di 0,85 Newton e l’acqua ha raggiunge il volume di 82 cm cubi. Viene svolto lo stesso esperimento con altri oggetti di diverso materiale (ottone, plastica..). Tra i valori registrati vengono considerate anche le incertezze delle misure dirette che corrispondono alla sensibilità degli strumenti: +/- 0,05 Newton per le misure con dinamometro e +/- 1 cm? per le misure di volume. In seguito a questo esperimento si può dedurre che la forza peso in aria è maggiore di quella in acqua. La differenza tra queste due forze peso (Fp1 - Fp2) viene definita forza/spinta di Archimede, ovvero la spinta che avvertiamo in acqua orientata dal basso verso l'alto e che ci permette di galleggiare. Prendendo in considerazione i volumi, invece, sottraendo al volume finale quello iniziale possiamo calcolare il volume di acqua spostato. Per calcolare la forza peso della massa d’acqua spostata dall'oggetto bisogna moltiplicare la costante di proporzionalità g x la densità dell’acqua d x il volume di acqua spostato V (Fp=gdV). L'incertezza, invece, viene calcolata sommando le incertezze relative dei fattori, ma poiché g e d sono forniti senza incertezze apprezzabili, l'incertezza sulla forza peso dell’acqua è uguale alla forza peso dell’acqua per l'incertezza relativa sul volume (=Fp-deltaV/V) COME VARIA LA PRESSIONE ATMOSFERICA La pressione atmosferica può essere misurata nelle stazioni meteo e dipende da fattori geografici e meteorologici, cioè dall’altitudine, dalla temperatura e dalla quantità di vapore acqueo presente nell'aria. Ad altitudini elevate la colonna d'aria ha un certo volume (poiché pieno di molecole) e peso, dunque sviluppa una determinata pressione. Ad altitudini minori, invece, ad esempio a livello del mare, la colonna d'aria è più alta, dunque contiene più molecole ed è più pesante. Un numero maggiore di molecole si traduce in una pressione più alta rispetto a località ad altitudini elevate. Anche la temperatura influisce sulla pressione, infatti se, ad esempio, si accende un fornello l’aria calda si espande, diventa meno densa e più leggera e sale verso l'alto. Successivamente quando l’aria si raffredda, la densità aumenta e l’aria diventa più pesante ricadendo verso il basso. Si può dunque dire che l’aria calda esercita una bassa pressione mentre l’aria fredda produce alta pressione. L'ultimo aspetto che influenza la pressione è l'umidità. Quest'ultima infatti la influenza perché l’aria umida pesa meno dell’aria secca, in quanto il