Materiale di pressione di fluidu
In fisica, a pressione hè definita cum'è a forza per unità di superficia, induve a direzzione di a forza hè perpendiculare à a superficia. Matematicamente, a pressione hè espressa da l'equazione P = F/A, induve P = pressione, F = forza è A = superficia. L'unità di forza (F) hè u Newton (N), l'unità di superficia hè u metru quadru (m²).2). Siccomu a pressione hè una forza per unità di superficia, l'unità di pressione hè N/m2Un altru nome per N/m2 hè u pascal (Pa). U Pascal hè adupratu cum'è unità di pressione in onore di Blaise Pascal.
Quandu un fluidu hè à riposu, esercita una forza perpendiculare à tutta a superficia cù a quale hè in cuntattu. Per esempiu, cunsiderate l'acqua in un bicchieru; ogni parte di l'acqua esercita una forza perpendiculare à u muru di vetru. Dunque, ogni parte di l'acqua esercita una forza perpendiculare à ogni unità di superficia di u cuntinente ch'ella occupa. Questa hè una pruprietà impurtante di un fluidu staticu, un fluidu à riposu. Quandu un fluidu esercita una forza nantu à una superficia, induve a forza ùn hè micca perpendiculare, a superficia eserciterà una forza di reazione, ancu ella micca perpendiculare. Questu farà chì u fluidu scorri. Tuttavia, in realtà, u fluidu ferma à riposu. Dunque, in un fluidu à riposu, a forza hè sempre perpendiculare à a superficia di u cuntinente ch'ellu occupa.
Un'altra pruprietà impurtante di un fluidu in riposu hè chì esercita sempre pressione in tutte e direzzione. Per capisce megliu questu, mette un oggettu flottante in un cuntinadore d'acqua. Sè l'acqua hè cumpletamente ferma, l'oggettu resterà stazionariu perchè a pressione esercitata nantu à tutta a so superficia hè uguale. Sè a pressione di l'acqua hè ineguale, ci serà una forza netta, chì farà chì l'oggettu si mova.
Effettu di a prufundità nantu à a pressione
Cumu a prufundità o l'altezza affetta a pressione di u fluidu ? A pressione di l'acqua di mare à una prufundità di 10 metri hè a listessa chè a pressione di l'acqua di mare à una prufundità di 100 metri ? Cunsideremu a pressione di l'acqua in un cuntainer cum'è mostratu in a figura. L'altezza di a colonna di liquidu hè h è a so area di sezione trasversale hè A. Chì ghjè a pressione di l'acqua in fondu à u cuntainer ?
w = pesu di l'acqua, h = altezza di a colonna d'acqua in un cuntinadore cilindricu, A = superficia è P hè a pressione.
infurmazione:
w = gravità
ρ = densità
m = massa
g = accelerazione dovuta à a gravità
V = hA = vulume di a colonna di liquidu (h = altezza, A = superficia)
Sè l'inseremu in l'equazione di pressione, ottenemu:
p = ρ gh → Equazione 1 (cuntinitore chjusu)
p = pa + ρ gh → Equazione 2 (cuntinitore apertu)
infurmazione:
pa = Pressione atmosferica
ρ gh = Pressione idrostatica
In l'imagine sopra, a pressione atmosferica ùn hè micca rapprisintata, ma in realtà, se u cuntinente chì cuntene acqua hè apertu, a pressione atmosferica agisce ancu nantu à a superficia di l'acqua, chì hè diretta versu u bassu.
Basatu annantu à l'equazione sopra, pare chì a pressione hè direttamente proporzionale à a densità è à a prufundità di u liquidu (l'accelerazione gravitazionale ferma custante). Quandu a prufundità di u liquidu aumenta, a pressione aumenta ancu. I liquidi sò guasi incomprimibili per via di u pesu di u liquidu sopra à elli, dunque a densità di u liquidu ferma custante. Sè a differenza d'altezza hè assai grande (per esempiu, in acqua di mare assai prufonda), a densità varia ligeramente. Tuttavia, sè a differenza d'altezza ùn hè micca troppu grande, a densità di u liquidu hè essenzialmente a listessa o a differenza hè cusì chjuca chì pò esse ignorata.
Pudemu ancu aduprà l'equazione sopra per calculà a differenza di pressione à diverse prufundità. L'equazione sopra pò esse riscritta cum'è:
Pressione atmosferica
Quandu ci immergemu sott'acqua, tuttu u nostru corpu hè avvoltu da l'acqua. Più ci immergemu in prufundità, più grande hè a pressione chì sentimu. In fatti, ogni ghjornu simu ancu avvolti da l'atmosfera, chì preme custantemente nantu à tutte e parte di u nostru corpu, cum'è quandu simu sott'acqua. Cum'è in l'acqua di mare, a superficia di a Terra pò esse paragunata à u "fondu marinu" di l'atmosfera. S'ellu hè veru chì l'atmosfera preme ancu nantu à tutte e parte di u nostru corpu in ogni mumentu, perchè ùn a sentimu micca, cum'è s'è no fussimu in fondu à u mare ? E cellule di u nostru corpu mantenenu una pressione interna chì hè guasi a stessa chè a pressione esterna. Hè per quessa chì ùn sentimu micca l'effetti di sta differenza di pressione.
A pressione atmosferica di a Terra cambia ancu cù l'altitudine. Tuttavia, a pressione atmosferica varia ligeramente da quella di i liquidi. U cambiamentu di densità di i liquidi hè assai chjucu per piccule differenze di prufundità, dunque si suppone chì a densità di i liquidi sia a stessa. Questu hè diversu da a densità di l'atmosfera terrestre. A densità di l'atmosfera terrestre varia significativamente cù l'altitudine. A densità di l'aria à diverse altitudini hè diversa, dunque ùn pudemu micca calculà a pressione atmosferica aduprendu l'equazione derivata sopra. Inoltre, ùn ci hè micca un cunfine atmosfericu chjaru da u quale si pò misurà l'altitudine. A pressione atmosferica varia ancu cù u clima. Per determinà a pressione atmosferica, facemu misurazioni.
Misurazione di a pressione
Evangelista Torricelli (1608–1647), un studiente di Galileo, hà sviluppatu un metudu per misurà a pressione atmosferica in u 1643 aduprendu u so barometru à mercuriu. U barometru era custituitu da un longu tubu di vetru pienu di mercuriu. U tubu di vetru pienu di mercuriu era invertitu in un piattu ancu pienu di mercuriu.
Quandu un tubu di vetru chì cuntene mercuriu hè vultatu à capu in ghjò, a fine di u tubu ùn hè micca piena di mercuriu, cuntene solu vapore di mercuriu chì a so pressione hè cusì chjuca ch'ella hè trascurata (p2 = 0). Nantu à a superficia di u mercuriu in a piastra, ci hè una pressione atmosferica chì hè diretta versu u bassu (l'atmosfera preme u mercuriu in a piastra). Sta pressione atmosferica sustene a colonna di mercuriu in u tubu di vetru. In l'imagine, a pressione atmosferica hè simbulizzata da po A magnitudine di a pressione atmosferica pò esse calculata aduprendu l'equazione:
po = ρ gh
Basatu annantu à i risultati di e misurazioni, a pressione atmosferica media à u livellu di u mare hè 1,013 x 105 N / m2A magnitudine di a pressione atmosferica à u livellu di u mare hè aduprata per definisce un'altra unità di pressione, vale à dì l'atm (atmosfera). Cusì 1 atm = 1,013 x 105 N / m2 = 101,3 kPa (kPa = kilopascal). Un'altra unità di pressione hè u bar (spessu adupratu in meteorologia). 1 bar = 1,00 x 105 N / m2 = 100 kPa.
Cumu si ottiene u valore di a pressione atmosferica sopra?
A misurazione usa u principiu dimustratu da Torricelli sopra. L'altezza di a colonna di mercuriu aduprata hè 76 cm (a pressione atmosferica pò sustene solu una colonna di mercuriu chì hè alta solu 76,0 cm), induve a temperatura di u mercuriu adupratu hè esattamente 0 oC è a magnitudine di l'accelerazione gravitazionale hè 9,8 m/s2A densità di u mercuriu in questa cundizione hè 13,6 x 103 kg / m3Pressione atmosferica:
Manometru
Ci sò parechji strumenti aduprati per misurà a pressione, cumpresu u manometru à tubu apertu.
In un manometru à tubu apertu, induve u tubu hè in forma di U, u tubu hè parzialmente pienu di liquidu (mercuriu o acqua). A pressione misurata hè ligata à a differenza trà e duie altezze di i liquidi inseriti in u tubu. A pressione hè calculata cù l'equazione:
In generale, ùn hè micca u pruduttu di ρ gh chì hè calculatu ma l'altezza di u liquidu (h) perchè a pressione hè qualchì volta espressa in millimetri di mercuriu (mm Hg) o millimetri d'acqua (mm H2O). Un altru nome per mm hg hè torr (in memoria di Evangelista Torricelli).
Oltre à i manometri, ci sò ancu altri strumenti di misura, vale à dì i barometri aneroidi, sia meccanichi sia elettrici, cumpresi i manometri di pressione di i pneumatici, ecc. U strumentu utilizatu da Torricelli per misurà a pressione atmosferica hè ancu chjamatu barometru à mercuriu, induve un tubu di vetru hè pienu di mercuriu è poi invertitu in una piastra chì cuntene ancu mercuriu.
Pressione Nominale, Pressione Manometrica è Pressione Assoluta
Quandu si riempienu i pneumatici di i veiculi cù aria, si usa tipicamente un manometru di pressione di l'aria. Questu assicura chì a pressione di i pneumatici ùn sia nè troppu bassa nè troppu alta. Quandu si riempienu i pneumatici cù aria, si misura solu a pressione di l'aria in l'internu di u pneumaticu. A pressione atmosferica ùn hè micca presa in contu. Micca solu quandu si misura a pressione di i pneumatici, ma ancu in a maiò parte di l'altre misurazioni di pressione, a pressione atmosferica ùn hè micca misurata. Sta pressione misurata hè chjamata pressione misurata. Dunque, chì hè a differenza trà questu è a pressione assoluta?
Pressione assoluta = pressione atmosferica + pressione misurata. Dunque, per ottene a pressione assoluta, aghjustemu a pressione misurata à a pressione atmosferica. In altre parole, pressione assoluta = pressione totale. Matematicamente, questu pò esse scrittu cum'è:
p = pa + p misura
Per esempiu, se a pressione di i pneumatici chì mesuremu = 100 kPa, allora a pressione assoluta hè:
p = pa + p misura
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
A pressione assoluta = 201 kPa.
Ci hè un altru termine: pressione manometrica, cunnisciuta ancu cum'è pressione manometrica. A pressione manometrica hè a pressione eccessiva sopra a pressione atmosferica. Per esempiu, cunsiderate a pressione di i pneumatici di motocicletta. Quandu un pneumaticu di motocicletta hè sgonfiatu, a pressione in u pneumaticu hè uguale à a pressione atmosferica (Pressione atmosferica = 1,01 x 105 Pa = 101 kPa). Quandu u pneumaticu hè pienu d'aria, a pressione di i pneumatici aumenta naturalmente. Quandu a pressione di i pneumatici supera i 101 kPa, a pressione eccessiva hè ancu chjamata pressione manometrica.
Esempi di dumande nantu à a pressione di i fluidi
Esempiu di quistione 1:
Un sottumarinu si immerge à una prufundità di 200 metri. Chì pressione hè sottumessa à u sottumarinu ?
l'immersione ? g = 10 m/s2
Discussione
Hè cunnisciutu chì:
Prufundità (h) = 200 m
Densità di l'acqua di mare (ρ) = 1,03 x 103 kg / m3 = 1030 kg/m3 (vede a tavula di densità)
Pressione atmosferica (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1 x 105 (Kg m/s2)/m2 = 1 x 105 Kg/ms2
Accelerazione di gravità (g) = 10 m/s2
Dumandatu: Pressione
Risposta:
U cuntinidore hè apertu dunque a pressione atmosferica ùn hè micca inclusa in i calculi.
Esempiu di quistione 2:
Un reservoir d'acqua di 10 metri d'altezza hè pienu d'acqua. Sè a superficia di u reservoir d'acqua hè
chjusu, chì ghjè a pressione di l'acqua in fondu di u cuntinadore ? g = 10 m/s2
Discussione
Hè cunnisciutu chì:
Altezza (h) = 10 m
Densità di l'acqua (ρ) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 kg/m3
Pressione atmosferica (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1 x 105 (kg m/s2) / m2 = 1 x 105 Kg/ms2
Accelerazione di gravità (g) = 10 m/s2
Dumandatu: Pressione
Risposta:
U cuntainer hè chjusu dunque a pressione atmosferica ùn hè micca inclusa in i calculi.
Esempiu di quistione 3:
L'altezza di a colonna d'acqua (à diritta) = 50 cm, mentre chì l'altezza di l'altra colonna di liquidu (à manca) = 30 cm. Chì ghjè a densità di l'altru liquidu ?
Discussione
Hè cunnisciutu chì:
Accelerazione di gravità (g) = 10 m/s2
Livellu di l'acqua (h1) = 50 cm
Densità di l'acqua (ρ1) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 kg/m3
Altezza di l'altra fluida (h2) = 30 cm
Densità di altri liquidi (ρ2) =?
pa + ρ1 gh1 = pa + ρ2 gh2
A pressione atmosferica (Pa) è l'accelerazione gravitazionale (g) sò listesse, dunque si annullanu.
Esempiu di quistione 4:
Dentru à un tubu di vetru ci hè un liquidu altu 10 cm. A pressione di l'acqua in fondu à u tubu hè 1200 N/m.2Sè g = 10 m/s2Ignurate a pressione di l'aria. Chì ghjè a densità di u liquidu ?
A. 800 kg/m²3
B. 900 kg/m3
C. 1000 kg/m3
D. 1200 kg/m3
E. 1300 kg/m3
Discussione:
Hè cunnisciutu :
Ketinggianu liquidu (h) = 10 cm = 0,1 metri
Pressione di l'acqua (P) à a basa di u tubu = 1200 N/m2
Accelerazione di Gravità (g) = 10 m/s2
Dumandatu :
Densità liquidu ?
Jawab :
Densità u liquidu hè 1200 kg/m3.
A risposta curretta hè D.
Esempiu di quistione 5:
U mercuriu in i vasi cunnessi hà una differenza superficiale di 3 cm. A densità di u mercuriu = 13,6 gr/cm3L'altezza di u liquidu in u tubu à manca hè 10 cm. Chì ghjè a densità di u liquidu ?
A. 800 kg/m²3
B. 1030 kg/m3
C. 1080 kg/m3
D. 1300 kg/m3
E. 1360 kg/m3
Discussione:
Hè cunnisciutu :
Altezza (h) di Mercuriu = 3 cm = 0,03 m
Densità di mercuriu = 13,6 gr/cm3 = 13600 kg/m3
Altezza (h) di u liquidu = 10 cm = 0,1 m
Dumandatu :
Densità liquidu ?
Risposta:
U sistema hè in un statu d'equilibriu staticu dunque pressione di u liquidu (tubu di manca) = pressione di mercuriu (tubu di diritta)
Paria +Pliquidu =Paria +Pmercuriu
A pressione di l'aria hè a listessa dunque hè eliminata da l'equazione
Pliquidu =Paria
A risposta curretta hè C.
