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Fig. 1 Indicando con dS l'elemento di superficie del corpo immerso nel liquido, la forza elementare dF esercitata dal liquido sul corpo nel punto A è ortogonale al corpo. |
La pressione nei fluidi
Fluido è il temine generico
con cui si denota un gas o un liquido.
Consideriamo un fluido non viscoso, cioè un fluido le cui parti possono scivolare
le une sulle altre senza attrito.
Osservazione sperimentale:
un corpo immerso in un fluido risente di forze ortogonali alla sua superficie
(Fig. 1).
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Fig. 1 Indicando con dS l'elemento di superficie del corpo immerso nel liquido, la forza elementare dF esercitata dal liquido sul corpo nel punto A è ortogonale al corpo. |
In generale, considerato un qualsiasi punto A all'interno di un fluido non viscoso ed una superficie elementare dS passante per quel punto, la forza esercitata in A da un elemento di fluido sull'elemento di fluido adiacente alla superficie dS è sempre ortogonale alla superficie, quale che sia la sua orientazione (Fig. 2).
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Per esempio
la forza esercitata dall'aria sul dorso di una mano è uguale e contraria alla
forza esercitata dall'aria sul palmo indipendentemente dall'orientazione della
mano.
La costante di proporzionalità fra la forza dF e la superficie
dS prende il nome di pressione del fluido nel punto
A.
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Fig. 3 La pressione P all'interno di un liquido in equilibrio, di densità costante r, segue la legge di Stevino: P = P0 + r g h , dove P0 rappresenta la pressione esercitata sulla superficie libera del liquido, g è l'accelerazione di gravità ed h la distanza fra il punto A e la superficie libera del liquido (La pressione non dipende dalla posizione orizzontale del punto A).. |
Misura operativa di pressione in un gas
La pressione è quella grandezza che si misura con un manometro. Un tipo di manometro è una capsula manometrica (Fig. 4). In Questa può essere realizzata per esempio da un piccolo contenitore sotto vuoto delimitato da una pistone; per effettuare lo spostamento del pistone occorre vincere la forza elastica di una molla vincolata al pistone ed al fondo della capsula. La pressione esercitata sul pistone è determinata dalla deformazione della molla calibrata e dall'area del pistone. Attualmente le capsule manometriche vengono realizzate mediante membrane elastiche ricavate da un monoblocco di silicio monocristallino. La deformazione della membrana di silicio viene misurata elettronicamente.
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Fig. 4 Capsula manometrica |
A differenza dei liquidi, nel caso di contenitori di gas di volume relativamente piccolo, la pressione del gas sulla superficie del contenitore è uguale alla pressione in un qualsiasi punto al suo interno (Fig. 5). Questo è il caso per esempio della pressione dell'aria contenuta in una stanza; la stessa cosa non si può dire se si considera la pressione tra la base e la cima di una collina. In questo caso l'effetto dell'attrazione gravitazionale sull'aria non è affatto trascurabile e la pressione cambia al cambiare della quota secondo la legge barometrica P = P0 e-h/h0.
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Fig. 4 La pressione esercitata dal gas è la stessa sulla superficie del contenitore come al suo interno, come si può constatare utilizzando più capsule manometriche disposte in punti diversi del gas. |
Unità di pressione
L’unità
di misura della pressione, secondo il Sistema Internazionale, è il Pascal (Pa):
1 Pa =1 N/m2.
Poichè 1 Pa è un'unità di pressione molto piccola, per esempio la pressione
atmosferica al livello del mare è
1 atmosfera = 1.013 105 Pa,
si è definita la quantità
1 bar = 105 Pa.
Nel SI la pressione atmosferica viene espressa generalmente in millibar (1 m bar = 10-3 bar), per cui, per esempio, 1 atm = 1013 m bar. Un'altra unità di misura molto usata nel passato e tutt'ora ancora in voga è il torr, cioè la pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 1 mm. Sussistono le seguenti relazioni fra torr, atm, e Pa:
1 torr º 1 mm Hg = 10-3 x 13.6 Kg/m3 x 9,807 m/s2 = 133,32 Pa
1 atm = 760 mmHg = 1.013 bar = 101300 Pa
