Pressione Assoluta e Relativa in Idraulica: Definizione e Concetti Fondamentali
La pressione è una grandezza fisica che esprime la forza esercitata per unità di superficie.
Iniziamo col ricordare che la pressione è una grandezza fisica che indica la forza esercitata per unità di superficie.
Pressione Idrostatica
L'acqua, per sua stessa natura, ha un certo peso (forza-peso) e quindi determina una pressione sul fondo del recipiente nel quale è posta; la pressione esercitata dalla colonna di acqua è detta pressione idrostatica.
Secondo la legge di Stevino, la pressione in un fluido dipende dalla profondità a cui viene misurata: considerando due punti che si trovino a diversa altezza nel fluido, la pressione sarà maggiore nel punto di profondità maggiore; in due punti che si trovano alla stessa altezza nel fluido, la pressione sarà invece la stessa.
Consideriamo un recipiente cilindrico di base S contenente un liquido di densità ρ e peso P. Essendo h l’altezza della colonna di liquido, la pressione alla profondità h sarà: p = P/S = ρ g h (legge di Stevino). Tale legge ci permette di calcolare quindi la pressione idrostatica, ovvero la pressione alla profondità h dovuta soltanto al peso del liquido.
Se i due recipienti sono riempiti con due liquidi diversi (ad esempio acqua e alcol etilico), a parità di altezza della colonna di liquido sovrastante, quello più leggero (nel nostro caso l'alcol) eserciterà una pressione idrostatica inferiore.
Il livello dei due liquidi (acqua e alcol etilico) è uguale.
Pressione Assoluta e Relativa
Anche se non appartenente al S.I., come unità di misura di P viene molto spesso impiegata l'atmosfera (simbolo: atm).
Nella scala assoluta si attribuisce valore zero al vuoto assoluta (ovvero si attribuisce valore zero alle 0 atm); la relativa pressione è detta pressione assoluta.
Siccome possono esistere pressioni assolute inferiori a 1 atm, la pressione relativa può anche essere negativa e quindi assumere valori inferiori a 0 (ma mai inferiori a - 1 atm).
Misurazione della Pressione
Per la misura della pressione atmosferica si utilizzano strumenti noti come barometri e di cui ne esistono due tipologie: a mercurio o metallici.
I manometri sono gli strumenti utilizzati per la misura della pressione dei fluidi.
Immaginiamo un tubo a “U” contenente un liquido (es. mercurio) e costituito quindi da due rami: uno in comunicazione, mediante un rubinetto, con un recipiente contenente un gas o un liquido e l’altro con l’aria atmosferica.
Variazioni di Pressione
L’aria forma intorno alla Terra uno strato chiamato atmosfera la cui densità diminuisce con l’altitudine.
La pressione atmosferica decresce con l’aumentare dell’altitudine rispetto al livello del mare poiché decresce infatti lo spessore dell’atmosfera sovrastante.
Tale diminuzione però non è proporzionale alla differenza di quota, come accade invece per i liquidi: per l’aria non è valida la legge di Stevino poiché con la quota variano contemporaneamente anche composizione e densità dell’aria.
Per illustrare l’esperimento immaginiamo di riempire un tubo della lunghezza di circa 1 m con del mercurio e di capovolgerlo in una vaschetta contenente anch’essa mercurio, tenendo tappata l’estremità aperta.
Dopo aver immerso nel mercurio della vaschetta l’estremità aperta, la si stappa fissando il tubo ad un sostegno.
In queste condizioni si osserverà che il livello del mercurio nel tubo scende a un’altezza h rispetto alla superficie libera della vaschetta, di circa 76 cm al livello del mare.
Sulla sezione del tubo in corrispondenza del livello di mercurio nella vaschetta, agiscono la pressione atmosferica e la pressione idrostatica della colonna di mercurio di altezza h.
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