Principi Fondamentali della Meccanica dei Fluidi e Statica

Principio di Pascal

Il Principio di Pascal afferma che la pressione esercitata in un punto qualsiasi di un fluido si trasmette in ogni altro punto con la stessa intensità, indipendentemente dalla direzione.

Il Torchio Idraulico

Il torchio idraulico agisce come un amplificatore di forza. È composto da due piatti o superfici posti come stantuffi sopra un cilindro; pertanto, ogni cilindro possiede una superficie d'appoggio diversa.

• Riceve o trasmette la spinta del fluido, oppure lo comprime o lo aspira.
• La relazione fondamentale è: Forza_A / S_A = Forza_B / S_B.

Applicando una forza alla superficie più piccola, si ottiene una forza amplificata proporzionalmente alla superficie maggiore.

Spinta di Archimede

Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta diretta verso l'alto uguale al peso del fluido spostato. La formula della Spinta di Archimede è:
S = d_fluido × V × g

Corpo in Equilibrio

Un corpo è in equilibrio quando la densità del fluido è uguale alla densità del corpo. Se il suo peso (diretto verso il basso) è uguale alla spinta di Archimede (verso l'alto), si soddisfa la condizione F_tot = 0.

Applicazioni Pratiche

• Bilancia idrostatica: La sua precisione dipende dalla sensibilità del dispositivo e dalla capacità di misurare piccole variazioni. Viene impiegata per verificare la purezza di materiali preziosi o la conformità degli oggetti con specifiche densità.
• Mongolfiere: L'aria calda, essendo meno densa dell'aria circostante, crea una differenza di pressione e genera una forza ascensionale secondo il principio di Archimede.
• Navi: Nonostante abbiano una densità maggiore dell'acqua, i loro scafi sono in grado di spostare una quantità d'acqua tale da generare una spinta verso l'alto che bilancia il peso della nave. Inoltre, il peso della nave è distribuito su un volume molto grande.
• Iceberg: La densità dell'acqua dolce congelata è minore di quella dell'acqua salata, permettendone il galleggiamento.

Definizione di Pressione

La pressione è la distribuzione di una forza su una superficie. È definita come il rapporto tra il modulo della forza che agisce in direzione perpendicolare a una superficie e l'area della superficie stessa:
P = F_⊥ / S

• Unità di misura: Pascal (Pa).
• 1 Pa = 1 N/m²: ovvero la forza di un Newton che agisce perpendicolarmente su una superficie di 1 m².
• Misurazione: Viene misurata con i manometri, che fondamentalmente consistono in un tubo collegato al fluido di cui si vuole misurare la pressione.

Comprimibilità dei Fluidi

• Fluido comprimibile: Se il suo volume può essere ridotto mediante pressione (es. i gas, poiché non hanno forma né volume propri).
• Fluido incomprimibile: Se non è possibile ridurne il volume (es. i liquidi, che non hanno forma propria ma hanno un volume proprio).
• Solidi: Hanno forma e volume propri.

Legge di Stevino

La Legge di Stevino è l'equazione che permette di calcolare la pressione esercitata da un liquido su un corpo in esso immerso. La pressione è il rapporto tra l'intensità della forza premente sulla superficie e l'area della superficie stessa:
P = g × h × d

• La pressione è direttamente proporzionale all'altezza (profondità rispetto al livello del mare) e alla densità.
• Questa legge vale solo per i liquidi (fluidi incomprimibili).

Vasi Comunicanti

Due recipienti riempiti con lo stesso fluido e in presenza di gravità vengono riempiti fino allo stesso livello, indipendentemente dalla loro forma.

Se esiste una differenza di pressione tra due punti, il liquido si sposta dal punto con pressione maggiore a quello con pressione minore. Un esempio pratico è la torre piezometrica utilizzata nei serbatoi degli acquedotti.

Pressione Atmosferica

La pressione atmosferica è la pressione esercitata dall'aria, intesa come fluido, su ogni superficie.

Esperimento di Torricelli

Torricelli misurò la pressione atmosferica con un dispositivo chiamato tubo di Torricelli o barometro a mercurio. Questo strumento utilizza la variazione di altezza di una colonna di mercurio all'interno di un tubo sigillato.

• La pressione diminuisce con l'altitudine.
• Vuoto: Si definisce come uno spazio privo di materia con una pressione molto bassa o nulla.