Solidi, liquidi e gas
Un solido è un corpo rigido e ha forma e volume
propri.
Un liquido è un fluido che assume la forma del
recipiente che lo contiene e ha un volume proprio.
Un gas (o aeriforme) è un fluido, occupa tutto il volume
del recipiente che lo contiene. Può essere compresso
in un volume più piccolo.
La pressione
La pressione è una grandezza scalare
definita come il rapporto tra il modulo
della forza (perpendicolare
alla superficie) e l’area
di questa superficie.
Il pascal
Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della pressione
è il pascal (Pa).
Altre unità di misura della pressione sono:
• bar (105 Pa = 10 N/cm²) (sono di larga diffusione anche alcuni dei
sottomultipli del bar, in particolare il millibar è molto usato in
meteorologia e il microbar in acustica);
• torr, pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 1 mm
(1torr = 133,3 Pa) ;
• L'unità di misura torr può essere espressa anche in termini di mmHg
(1torr = 1mmHg) e prende il nome dal fisico e matematico italiano
Evangelista Torricelli a cui, nel 1644, si deve la scoperta del
barometro a mercurio.
• atmosfera (atm), approssimativamente pari alla pressione esercitata
dall'atmosfera terrestre al livello del mare (101325 Pa = 760mmHg =
760 torr).
Il principio di Pascal
La pressione esercitata su una superficie qualsiasi di un liquido
si trasmette, con lo stesso valore, su ogni altra superficie
a contatto con il liquido.
Il torchio idraulico
FB FA
pA  pB 
=
SB SA

FA
FB = SB
SA
se SB  n  SA

 FB = n  FA
Dimostrazione della formula del torchio idraulico
Denotando con p A la pressione nel punto A e con p B la pressione nel punto B si ha:
pA 
FA
;
SA
pB 
FB
SB
per il principio di Pascal, la pressione nel punto A, è uguale alla pressione nel punto B.
Si ha quindi: p A  p B 
FB FA
=
SB SA
 FB =
FA
SB .
SA
Ad esempio se il pistone B ha una superficie cinque volte maggiore del pistone A si ha:
F
F
SB  5  SA ; sostituendo SB nella formula FB = A SB si ottiene FB = A  5  SA 
SA
SA
sostituendo si ottiene: FB = FA  5.
I freni a disco
La pressione esercitata dal
pedale si trasmette lungo i
tubi pieni di liquido e fa
stringere le due pastiglie
che, per attrito, rallentano il
disco collegato alla ruota.
La legge di Stevin o Stevino
La pressione dovuta al peso di un liquido è direttamente
proporzionale sia alla densità del liquido che alla profondità
del liquido.
Esempi…
Qual è la pressione della colonna d’acqua a cui è
sottoposto un sub che si trova a una profondità di 4 metri?
In generale, alla pressione dovuta alla colonna d’acqua, bisogna
aggiungere la pressione atmosferica che agisce sulla superficie
del mare:
p0 = 10,1 x 104 Pa.
La legge di Archimede
Un corpo immerso in un liquido subisce una forza diretta
verso l’alto di intensità uguale al peso del liquido spostato.
Quanto più è grande il volume del corpo immerso, tanto
maggiore è la spinta verso l’alto, perché è grande il
volume di acqua che è stato spostato.
Dimostrazione della legge di Archimede
Chiamando la spinta di Archimede FA , e il peso del liquido spostato PLS ,
si ha: FA = PLS .
Il peso del liquido spostato PLS è dato dal prodotto della massa del liquido
spostato m LS , per l'accelerazione di gravità g che vale circa 9,8
Quindi PLS = m LS  g  FA =PLS = m LS  g
N
.
kg
 FA =m LS  g ,
ricordando che la densità (d) di un corpo di massa m e di volume V è data da:
m
d=
 m LS = d LS  VLS ; sostituendo m LS nella FA = m LS  g
V
si ottiene: FA  m LS  g = d LS  VLS  g  FA  d LS  VLS  g
Perché le navi galleggiano?
La nave galleggia perché la forza-peso
che agisce sullo scafo di ferro (che è cavo)
è compensata dalla spinta di Archimede
che è rivolta verso l’alto.
La mongolfiera
La legge di Archimede
vale anche per i gas.
Quando l’aria della
mongolfiera viene
riscaldata la sua densità
diminuisce: che cosa
bisogna fare dunque per
perdere quota?
Sabbia
Un corpo affonda quando la sua
densità è maggiore di quella del
liquido.
Se il peso è maggiore della spinta
di Archimede, il corpo affonda.
La densità della sabbia è
d = 1,6 x 103 kg/m3.
Latte
Un corpo galleggia quando
la sua densità è uguale
a quella del liquido.
La densità del latte è uguale a
quella dell’acqua:
d = 1,0 x 103 kg/m3.
Olio
Un corpo sale quando
la sua densità è minore
di quella del liquido.
Sommergibili
densità maggiore
dell’acqua
densità minore
dell’acqua
La pressione atmosferica
1654: Magdeburgo, Germania.
Due semisfere cave, i cui bordi combaciano perfettamente
con un contatto a tenuta d’aria, sono accostate in modo da
formare una sfera cava completamente chiusa.
Aspirando l’aria contenuta all’interno della sfera, la pressione
atmosferica comprime sempre più le due semisfere l’una
contro l’altra, tanto che per separarle occorre un notevole
sforzo.
La pressione atmosferica agisce su di noi ma non la
avvertiamo perché è compensata da una pressione uguale
che l’atmosfera esercita dall’interno del nostro organismo
verso l’esterno.
La variazione della pressione atmosferica
La pressione atmosferica diminuisce
con l’aumentare dell’altitudine,
perché diminuisce il peso
della colonna d’aria che ci sovrasta.
La diminuzione della pressione
atmosferica è pari a circa 1300 Pa
per ogni 100 m di innalzamento.
La misura della pressione atmosferica consente di
calcolare l’altezza di un luogo rispetto al livello del mare.
Le previsioni del tempo
Le linee presenti nella figura precedente, sono chiamate
isòbare e congiungono i punti che hanno la stessa pressione.
L’unità di misura utilizzata dai metereologi è l’ettopascal
(1 hPa = 100 Pa).