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La Fluidodinamica
La materia puo' presentarsi alla nostra osservazione in tre diversi stati fisici :
Lo stato SOLIDO è caratterizzato dal fatto che le sostanze possiedono volume e forma propri.
Lo stato LIQUIDO è caratterizzato dal fatto che le sostanze possiedono volume proprio ma assumono la forma del recipiente che le contiene.
Lo stato AEREIFORME è caratteristico delle sostanze che non hanno né volume né forma propri.
Accanto a questi tre stati ne esiste un quarto, chiamato stato di plasma.
Con la denominazione generale di fluido si indicano i corpi allo stato liquido o gassoso; questi corpi godono di proprieta' comuni, ad es. soddisfano al principio di Archimede, al principio di Pascal, ecc. La differenza principale fra liquidi e gas sta nella piu' elevata compressibilita' dei secondi rispetto ai primi; inoltre i liquidi sono molto piu' densi e dotati di coefficenti di dilatazione e compressibilita' ampiamente variabili (contrariamente a quanto si osserva nei gas) con la loro composizione.
Nei liquidi le distanze intermolecolari sono dello stesso ordine di grandezza del raggio molecolare e la compressibilita' è molto bassa; i gas, in condizioni normali, presentano distanze intermolecolari molto maggiori del raggio molecolare, e si possono quindi comprimere facilmente.
L' applicazione delle leggi generali della meccanica ai fluidi, considerati come mezzi continui deformabili, costituisce la meccanica dei fluidi. Essa comprende la fludostatica e la fluidodinamica, che trattano rispettivamente i problemi di equilibrio e di movimento dei fluidi.
La fluidodinamica puo' studiare il moto dei fluidi nei condotti (idraulica) o il moto dei fluidi esterno ad un corpo. Il fenomeno piu' evidente è quello del trascinamento cioè la caratteristica principale, e la caretteristica di questo fenomeno è la viscosita'. Il concetto di viscosita' deve essere collegato con la forza; per calcolare la viscosita' di un fluido si usa un apparecchio chiamato viscometro che è formato da due cilindri contenenti due liquidi diversi.
Fenomeno della GRESSA: le particelle a ridosso della superficie interna saranno ferme mentre quella a ridosso della superficie esterna avranno lo stesso moto del liquido esterno.
t = F/A Tensione = N/m2=Pa.
Variazione di velocita'/ascissa Dn/Dy = m.
La tensione ( t ) è la variazione della velocita' moltiplicato la velocita'.
t = - m * Ve/Raggio interno-Raggio esterno.
Se il fluido è piu' viscoso la forza sara' maggiore e viceversa.
Fluidi Fluidi Fluidi
Newtoniani Dilatanti Pseudoplastici
ESPERIMENTO DI REINOL
L' esperimento di Reinol viene effettuato con un serbatoio, riempito di un liquido, e un altro tubo passante nel serbatoio riempito anch' esso di un liquido diverso dal precedente. All' estremita' del serbatoio c'è un' uscita per i due liquidi. Grazie a Reinol possiamo notare che in base alla quantita' e alla velocita' d' uscita dei due fluidi si hanno due tipi di moto, moto laminare e moto turbolento.
MOTO LAMINARE: è quel moto che avviene per lamine cioè ogni singola particella, nel proprio percorso d' uscita dal serbatoio, non si mesolera' con l' altra sostanza.
MOTO TURBOLENTO: è quel moto in cui si originano delle turbolenze; in questo caso le particelle durante il loro percorso varieranno posizione in maniera caotica quindi ci sara' uno sparpagliamento di particelle fra le due sostanze.
Numero di Reinol Re = ( w * D * z ) / m
D = diametro.
w = stato di moto ( velocita' ) m/s.
z = densita' kg/m3.
m = viscosita' Pa * s.
Nel regime laminare il numero di Reinol è < 2100.
Nel regime turbolento il numero di Reinol è > 4000.
EQUAZIONE DI BERNOULLI
Il teorema di Bernoulli è valido per fluidi ideali (cioè incomprissibili e non viscosi), in moto stazionario e non rotazionale. Esso puo' essere dimostrato utilizzando il Teorema delle forze vive.
Consideriamo il tubo di flusso Fl e la porzione di fluido da esso racchiusa, che nella figura si muove da sinistra verso destra. Su Fl agiscono forze dovute alla pressione esercitata dal fluido circostante che sono, in ogni punto, perpendicolari alla superficie del tubo di flusso, data l' ipotesi di fluido non viscoso (assenza di attrito interno).
Oltre alla gravita', le uniche forze che compiono lavoro sono quindi quelle che si esercitano sulle due superfici A1 e A2 che chiudono il tubo di flusso.
Supponiamo tali superfici sufficentemente piccole da poter considerare uniformi le velocita' in ciascin punto di esse.
In un tempo Dt i lavori eseguiti dalle forze di pressione F1 e F2 sono dati da p1A1v1Dt e da - p2A2v2Dt, cui corrisponde il lavoro complessivo
Lp = p1 A1 v1 Dt - p2 A2 v2 Dt = ( p1 - p2 ) Dm/r.
essendo Dm la massa contenuta nei due volumi ( la costanza di p tiene conto dell' incompressibilita' del fluido ). Tale lavoro, sommato a quello ( Lg ) fatto dalla forza gravitazionale, da' la variazione di energia cinetica. poichè il moto stazionario, la differenza di energia cinetica fra la configurazione finale del sistema e quella iniziale, dopo che è trascorso il tempo Dt, si puo' calcolare come differenza delle energie cinetiche corrispondenti alla massa Dm nelle due posizioni:
1/2 Dm (v2)2 - 1/2 Dm (v1)2.
Infatti, come puo' vedersi nella figura, esiste una parte comune alle due configurazioni il cui contributo all' energia cinetica è lo stesso. Il lavoro del campo gravitazionale è Lg = -Dv, ove la variazione di energia potenziale gravitazionale, dovuta alla differenza di quota, si puo' calcolare analogamente a quello effettuato per l' energia cinetica:
Dv = Dm g ( h2 - h1 ).
Quindi per il teorema delle forze vive:
( p1 - p2 ) Dm / r - Dm g ( h1 - h2 ) = 1/2 Dm (v2)2 - 1/2 Dm (v1)2.
Dividendo per Dm, e separando nell' equazione precedente i termini con lo stesso indice, risulta:
p1/r + 1/2 (v1)2 + g h1 = p2/r + 1/2 (v2)2 + g h2 = COSTANTE.
Il risultato ottenuto (Teorema di Bernoulli) mostra che lungo una linea di flusso:
p/r + 1/2 (v)2/g + h = COSTANTE.
Fonte: http://pcfarina.eng.unipr.it/dispensearch01/mazzamurro140151/mazzamurro140151.doc
Sito web da visitare: http://pcfarina.eng.unipr.it/
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