Principio di Pascal pressione nei fluidi liquidi definizione

 

 

 

Principio di Pascal pressione nei fluidi liquidi definizione

 

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Blaise Pascal (Clermont-Ferrand, 19 giugno 1623 – Parigi, 19 agosto 1662) è stato un matematico, fisico, filosofo e teologo francese.
I primi lavori di Pascal sono relativi alle scienze naturali e alle scienze applicate. Contribuì in modo significativo alla costruzione di calcolatori meccanici e allo studio dei fluidi. Pascal scrisse importanti testi sul metodo scientifico. A sedici anni scrisse un trattato di geometria proiettiva e, dal 1654 lavorò con Pierre de Fermat sulla teoria delle probabilità .Dopo un'esperienza mistica, nel 1654, abbandonò matematica e fisica per dedicarsi alle riflessioni religiose e filosofiche. Morì due mesi dopo il suo 39º compleanno, nel 1662, dopo una lunga malattia che lo affliggeva dalla fanciullezza.

I fluidi
Un fluido indica ogni sostanza allo stato liquido o aeriforme.
Proprietà comune dei fluidi è che le particelle che lo compongono possono spostarsi per lunghe distanze. Dal movimento di queste particelle deriva la proprietà dei fluidi di non avere una forma propria ma di assumere sempre quella del recipiente che li contiene. I fluidi sono elastici e incomprimibili. La meccanica dei fluidi si può considerare una meccanica dei sistemi continui che studia sia le leggi dell’equilibrio (idrostatica) sia le leggi del movimento (idrodinamica).
L’idrostatica risale ad Archimede(287 a.c. ).
Nell’era precristiana abbiamo le prime macchine idraulica come la pompa aspirante munita di pistoni e l’orologio ad acqua, ideati dalla scuola alessandrina nel III secolo a. C..
L’assetto dell’idrostatica inizia alla fine del XVI secolo per opera del fiammingo Stevin e nel XVII secolo del francese Pascal e dell’italiano Torricelli.

 

 

 

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 .

p=

• Data una superficie fissata se la forza aumenta la pressione aumenta.
• Data una forza fissata se la superficie aumenta la pressione diminuisce.

 

Nel sistema internazionale l’unità di misura della pressione è il Pascal (Pa)

 

                                               1Pa=
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.

Esempio:consideriamo un fluido in un recipiente munito di un’apertura chiusa da un pistone. Supponiamo in un primo momento che il peso del fluido sia trascurabile.
Se esercitiamo su un pistone una forza notiamo che l’acqua fuoriesce dal foro con un getto tanto più violento quanto maggiore è l’intensità della forza agente sul pistone. Se il foro viene praticato in un'altra posizione sulla parete il risultato non cambia.
Ora, per studiare il fenomeno quantitativamente, consideriamo due recipienti cilindrici aventi sezioni di uguale area e contenenti un liquido. I due recipienti inoltre comunicano tra loro e sono dotati di un pistone. Se esercitiamo una forza sul pistone di sinistra notiamo che il liquido solleva il pistone nel recipiente di destra. La forza si è così trasmessa da un recipiente all’altro. Per ristabilire l’equilibrio è necessario poggiare anche sul pistone di destra un peso uguale.

 

                                        

 

Il torchio idraulico

Sul principio di Pascal è basato un dispositivo, detto torchio idraulico, che si comporta da trasformatore di forza.
Il torchio idraulico è costituito da due cilindri muniti di uno stantuffo e comunicanti tra loro. Il torchio idraulico consente di tenere in equilibrio o sollevare un peso grande mediante una forza piccola.

 

         

 

La pressione che esercitiamo verso il basso sul pistone piccolo si trasmette per la legge di pascal al pistone grande, spingendo verso l’alto.
L’uguaglianza delle due pressioni sulle superfici  dei pistoni,

                                     

Costituisce un equazione da cui possiamo ricavare la forza

                                     

Se la superficie   ed è possibile equilibrare una forza più intensa con una minore.
Se esercitiamo una forza più intensa di , solleviamo il secondo pistone.
Il torchio idraulico funziona perché il liquido contenuto nei cilindri è incompressibile: a una diminuzione di un determinato volume di liquido in uno dei due rami del torchio corrisponde sempre un innalzamento del secondo pistone, dovuto allo stesso volume di liquido, che si trasferisce nell’altro ramo.

 

Il freno idraulico

Un’altra applicazione del principio di Pascal si ha nei freni idraulici, in cui la pressione  del piede sul pedale si trasmette attraverso l’olio dei freni alle ganasce e da queste al tamburo

                                     

L' impianto si compone di una pompa idraulica sdoppiata comunicante mediante tubazioni e raccordi, con un cilindro contenente due pistoncini ad azione contrapposta, situato tra le ganasce di ciascuna ruota. Premendo il pedale del freno si genera una pressione nel circuito frenante che fa allontanare i pistoncini con il conseguente allargamento delle ganasce ricoperte da una guarnizione di attrito.

 

http://www.luzzago.soluzione-web.it/Resource/BlaisePascal2.doc

 

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

 

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Principio di Pascal pressione nei fluidi liquidi definizione

 

APPLICAZIONI della LEGGE DI PASCAL

 

• MONTAGGIO E SCHEMA:

 

PROCEDIMENTO: una colonnina di vetro collegata alla base ad un'altra colonnina, più bassa e con sezione inferiore,  è stata riempita d’acqua. Riempiendo la colonnina più grande fino all’orlo, si nota che l’acqua esce dal beccuccio con una certa portata; man mano il livello dell’acqua scende vediamo che nel beccuccio di uscita la portata dell’acqua diminuisce progressivamente fino ad azzerarsi quando le altezze delle due colonnine dell’acqua si uguagliano. Questo si spiega per il fatto che la colonna d’acqua di destra è più alta dell’altra e, per la legge di Stevino, su di essa agisce una pressione maggiore che permette la fuoriuscita di acqua dall’altra colonna. Quanto le due altezza risultano poi in equilibrio, le due pressioni diventano uguali e non fuoriesce più liquido.

 

Fonte: http://www.liceobagatta.it/main/documenti/malegori/relazioni02-03/pressione_1.doc
Autore: Pedercini Fabrizio    

 

Misura della pressione interna di un palloncino gonfio

 

1. Strumenti necessari:

• Un palloncino gonfiabile
• Una lastra di plexiglas trasparente
• Una bilancia pesapersone
• Un pennarello

2. Concetti, leggi , modelli oggetto di indagine, fisica del problema

Premessa
Quando si applica una forza ad un gas o ad un liquido ci si rende conto che non si necessita di un ben definito punto di applicazione della forza, ma piuttosto di una superficie di applicazione. In questi casi la grandezza fisicamente rilevante non è la forza applicata o la superficie di applicazione, quanto piuttosto il loro rapporto. A questa grandezza fisica si dà il nome di pressione.
p = F / S
Dove la F da considerarsi è la componente del vettore forza perpendicolare alla superficie S.
La pressione è importantissima nei fluidi (liquidi e gas) perché è la grandezza che determina le condizioni di equilibrio e, viceversa, perché sono le differenze di pressione a determinare i moti nei fluidi.
Il principio di Pascal afferma che la pressione in un fluido è la stessa in tutte le direzioni, alla stessa quota. Tale principio è molto plausibile e si può verificare semplicemente gonfiando un palloncino di gomma: la forma arrotondata è conseguenza della pressione che agisce ugualmente in tutte le direzioni ma può essere modificata, come mostreremo in questa esperienza.
Essendo la pressione una grandezza derivata dal rapporto tra forza e superficie, la sua unità di misura deriva da esse, nel sistema SI la pressione viene indicata in Pascal (Pa), 1 Pa = 1 N/m2.
Si definisce pressione atmosferica la pressione esercitata da una colonna d’aria sulla verticale di un punto della Terra, essa varia a seconda delle condizioni meteorologiche .
L’unità di misura più frequentemente utilizzata è l’atmosfera (atm), corrispondente ad un valore medio della pressione atmosferica. È pari alla pressione di una colonnina di mercurio alta 760 mm, esercitata sulla sua base. Un'altra unità in uso è il tor in onore di Torricelli. Il tor è la pressione di 1mm di mercurio, per cui la pressione atmosferica è di circa 760 tor.

 

Fisica del problema

L’approccio per lo studio della pressione utilizzato in questa esperienza passa proprio attraverso la sua definizione e cioè attraverso la misura di forze e loro superfici di applicazione.
Dopo avere gonfiato il palloncino, in modo da rendere la superficie tesa si può osservare che (se il palloncino non è di foggia particolarmente strana) assume una forma arrotondata, questo perché, per il principio di Pascal, la pressione interna è uguale in tutti i punti sia del volume che della superficie. Si è quindi pensato di appoggiarlo su una bilancia pesapersone e di appoggiarvi sopra una lastra di plexiglas creando una piccola superficie di appoggio, come mostrato in figura. In tal modo la forza con cui la pressione interna spinge sulla lastra nella zona di appoggio equilibra la piccola forza-peso del plexiglas e la forza esercitata dalla pressione esterna.
Se si esercita una forza maggiore sul plexiglas la superficie di appoggio aumenta perché ora la pressione interna deve spingere con una forza maggiore per equilibrare la maggior forza applicata dall'esterno.
Dal rapporto fra la misura di forza (ottenuta trasformando i Kg in N) e la misura di superficie di contatto plexiglas-palloncino, è possibile infine ricavare il valore della pressione in Pa.
A tale valore, trasformato in atmosfere mediante la relazione
1 Pa = 9.87 * 10-6 atm
deve essere infine sommata la pressione atmosferica, quindi si avrà:
Pint pall = P + 1 atm

3. Procedura di misura

Il primo approccio nell’analisi del problema è qualitativo, si può osservare che maggiore è l’aria insufflata nel palloncino, maggiore è la pressione al suo interno, infatti la superficie gommosa risulta tesa e difficile da comprimere. Al contrario, gonfiando poco il palloncino risulta più facile comprimerlo (la pressione interna è inferiore).
Appurato questo primo aspetto si passa alla misura vera e propria.
Si proceda come segue:

• Gonfiare il palloncino in modo tale che la sua superficie risulti tesa
• Appoggiare il palloncino sulla bilancia pesapersone
• Appoggiare sulla parte superiore del palloncino la lastra di plexiglas e premere leggermente con una mano, come mostrato in figura dalla freccia

• Delimitare con un pennarello sul plexiglas il contorno della superficie di contatto, calcolare approssimativamente l’area di tale superficie e cancellare quindi le linee tracciate.
• Annotare il valore indicato dalla bilancia pesapersone
• Sollevare il palloncino e ripetere questa sequenza di operazioni per cinque volte associando correttamente i valori delle aree con quelli delle forze, riportare i valori rilevati in una tabella
• Trasformare il valore indicato dalla bilancia da Kg a N
• Calcolare infine il valore della pressione tramite la formula p = F/S, a questo valore andrà infine sommata la pressione atmosferica
• Riportare su un grafico cartesiano i valori ottenuti, sistemando in ordinata la misura di forza F(N) ed in ascissa la superficie S (m2)

 

4. Risultati ottenuti e discussione incertezze di misura
I risultati delle cinque misure sono stati riportati in tabella.

 

5. Conclusioni (formalizzazione)
Riportando su grafico i risultati ottenuti si ottiene una retta, questo significa che le due grandezze, F e S sono direttamente proporzionali, il loro coefficiente di proporzionalità, ovvero il coefficiente angolare della retta è proprio il valore della sovrapressione interna del palloncino gonfio.
Il grafico è stato ottenuto tramite excell, il foglio elettronico permette anche di calcolare l’equazione della retta che approssima meglio i punti trovati e visualizzarne l’equazione sul grafico.

 

6. Valenze didattiche
Le valenze didattiche di questa esperienza sono molteplici, innanzitutto, come in ogni esperienza, l’acquisizione di manualità nella manipolazione di strumenti e nella comprensione dell’utilizzo delle diverse unità di misura (per esempio trasformare Kg in N).
Dal punto di vista della logica comune l’esperienza è importante, a tutti i livelli scolastici, per acquisire una maggiore consapevolezza che l’aria, non è un’entità invisibile e quindi priva di caratteristiche fisiche, ma un corpo “misurabile”.
Entrando nello specifico, la valenza didattica di questa esperienza è sicuramente quella di far acquisire allo studente maggior dimestichezza e comprensione sulle grandezze in gioco, la forza e la pressione, capire la natura vettoriale della prima e quella scalare dalla seconda, ma soprattutto capire come per liquidi e gas sia significativa essenzialmente solo la pressione.
Infine, ma non ultimo, l’utilizzo del PC per visualizzare i dati ottenuti, creare un grafico e intuire il concetto di correlazione lineare.

 

http://www.iapht.unito.it/fsis/labval/relazione-laboratorio-04.doc

autore: Giuseppina Rinaudo 

 

FLUIDI

• Pressione è il rapporto tra la forza agente e la superficie su cui agisce p = F/A
• Si misura in Pascal Pa
• Legge di Stevino : un liquido di altezza h e densità d esercita sul fondo del recipiente una pressione p = dgh
• Principio di Pascal : la pressione esercitata sulla superficie di un liquido si trasmette con la stessa intensità su tutte le superfici a contatto
• Principio dei vasi comunicanti : vasi di forma diversa e comunicanti tra di loro con un tubo se riempiti di liquido, questo raggiunge lo stesso livello in tutti i recipienti
• Principio di Archimede : un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al volume del liquido spostato
• Densità corpo < densità fluido  Þ  il corpo galleggia
• Densità corpo > densità fluido  Þ  il corpo affonda
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http://www.reteintercultura.it/attachments/171_FISICA_definizioni_leggi_concetti.doc

 

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

 

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