Equilibrio dei Fluidi: Principi, Leggi e Formule Fondamentali

Equilibrio dei Fluidi

1. Fluidi

I fluidi sono sostanze che possono scorrere.

Tipi di fluidi

• Liquidi: hanno volume proprio, ma non forma propria.
• Gas: non hanno né forma propria né volume proprio.

Differenza importante

• I liquidi sono quasi incomprimibili.
• I gas sono comprimibili.

2. Pressione

La pressione misura quanta forza agisce su una superficie:

p = F / S

Ricorda

• Più forza → più pressione
• Meno superficie → più pressione

Unità di misura

1 Pa = 1 N/m²

Esempi

• Chiodo: grande pressione perché la punta è piccola.
• Racchette da neve: piccola pressione perché la superficie è grande.

3. Pressione nei liquidi – Legge di Stevino

Nei liquidi la pressione aumenta con la profondità:

p = ρgh oppure p = p₀ + ρgh

Dipende da:

• Densità del liquido (ρ)
• Profondità (h)
• Gravità (g)

Non dipende da: forma del recipiente.

Da sapere: A uguale profondità, nello stesso liquido, la pressione è uguale.

4. Pressione atmosferica

L’aria ha un peso, quindi esercita una pressione: p_atm ≈ 1,01 × 10⁵ Pa.

Da ricordare

• È dovuta al peso dell’aria.
• Diminuisce in alta montagna.
• Si misura con il barometro.

5. Vasi comunicanti

Sono recipienti collegati tra loro nella parte inferiore.

Regola

Con lo stesso liquido, aperto all’aria, il livello è uguale in tutti i recipienti.

Con liquidi diversi

ρ₁h₁ = ρ₂h₂

Idea chiave: Alla stessa altezza, in equilibrio, la pressione è uguale.

6. Principio di Pascal

Una pressione esercitata su un fluido chiuso si trasmette uguale in tutto il fluido:

F₁ / S₁ = F₂ / S₂

Applicazioni

• Freni idraulici
• Pressa idraulica
• Sollevatori

Idea chiave: Una piccola forza può produrre una forza più grande se agisce su una superficie maggiore.

7. Spinta di Archimede

Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l’alto:

F_A = ρgV

Significato: La spinta di Archimede è uguale al peso del fluido spostato.

Dipende da:

• Densità del fluido
• Volume immerso/spostato

8. Galleggiamento

Per capire se un corpo galleggia o affonda si confrontano il peso del corpo e la spinta di Archimede.

Casi

• Se F_A > P → il corpo sale
• Se F_A = P → equilibrio
• Se F_A < P → affonda

Con le densità

• Densità corpo < densità liquido → galleggia
• Densità corpo > densità liquido → affonda

Formule da sapere

• Pressione: p = F / S
• Stevino: p = ρgh
• Vasi comunicanti: ρ₁h₁ = ρ₂h₂
• Pascal: F₁ / S₁ = F₂ / S₂
• Archimede: F_A = ρgV

Come capire quale formula usare

• Usa p = F / S se trovi: forza, superficie, area di contatto, pressione esercitata da un oggetto.
• Usa p = ρgh se trovi: profondità, liquido, pressione sott’acqua, colonna di liquido.
• Usa ρ₁h₁ = ρ₂h₂ se trovi: tubo a U, vasi comunicanti, due liquidi diversi.
• Usa F₁ / S₁ = F₂ / S₂ se trovi: pistoni, pressa idraulica, freni, sistemi idraulici.
• Usa F_A = ρgV se trovi: corpo immerso, galleggia, affonda, spinta, volume spostato.

Differenza rapida tra le tre leggi principali

• Stevino: pressione nel liquido per effetto della profondità.
• Pascal: trasmissione della pressione in un fluido chiuso.
• Archimede: spinta verso l’alto su un corpo immerso.

Le 6 cose da memorizzare

1. I fluidi sono liquidi e gas.
2. La pressione è forza divisa per superficie.
3. Nei liquidi la pressione aumenta con la profondità.
4. La pressione atmosferica è dovuta al peso dell’aria.
5. Pascal riguarda i fluidi chiusi e i sistemi idraulici.
6. Archimede spiega perché un corpo galleggia o affonda.

Frase finale da ripetere: Più si scende in un liquido, più la pressione aumenta; nei fluidi chiusi la pressione si trasmette; un corpo immerso riceve una spinta verso l’alto.