Velocità e pressione
Occorrente:

Esecuzione:

È preferibile eseguire questa dimostrazione su una superficie lavabile. Fate attenzione che non vi siano nelle immediate vicinanze oggetti che possono essere danneggiati da gocce d'acqua. Riempite d'acqua il bicchiere, quasi fino al bordo. Dalla cannuccia ricavate due cilindretti di circa cinque centimetri di lunghezza. Immergete l'estremità di uno dei tubicini nell'acqua, tenendolo in posizione verticale. Lasciatene un tratto di due o tre centimetri sopra la superficie del liquido. Ponete il secondo tubicino, all'altezza dell'estremità superiore del tubicino parzialmente immerso, lasciando qualche centimetro fra le due cannucce. Soffiate con energia nel tubicino orizzontale. L'acqua verrà risucchiata lungo la cannuccia verticale e si formerà un piccolo getto di goccioline d'acqua. Se si solleva progressivamente il tubicino verticale, mantenendone l'estremità inferiore immersa nel liquido, si può notare che quando la distanza fra l'estremità superiore della cannuccia e la superficie dell'acqua supera una certa altezza non si produce più alcun getto. L'altezza massima a cui la colonna d'acqua si pu\`o sollevare è proporzionale alla differenza fra la pressione all'interno del tubicino verticale e la pressione atmosferica. A sua volta questa differenza dipende dalla velocità del flusso d'aria che scorre sopra l'estremità superiore del cilindro, cioè dalla velocità del nostro fiato. Su questo fenomeno è basato il tubo di Pitot che permette di misurare la velocità di un aereo rispetto all'aria circostante. Lo stesso principio è alla base del funzionamento degli spruzzatori a pompetta per profumi, della pittura ad aerografo e di molti vaporizatori per inalazioni.

Che cosa succede:

La pressione di un gas, la forza per unità di superficie che il gas esercita sulle pareti del proprio contenitore è l'effetto delle collisioni fra le molecole del gas e quelle che compongono la parete. Se all'interno del contenitore si introduce qualche oggetto è chiaro che esso sarà sottoposto a pressione per gli urti delle molecole del gas con la propria superficie. Le molecole si scontrano anche fra loro e quindi su ciascuna faccia di un volumetto cubico di gas contenuto all'interno del recipiente agiscono forze uguali al prodotto dell'area della faccia stessa per la pressione che vi si esercita. Proviamo ora ad immaginare un gas o un fluido che scorra lungo un percorso orizzontale in modo da poter ignorare gli effetti della gravità. Pensiamo ad un cubetto di gas o di fluido in due istanti molto vicini in modo che nel frattempo il volumetto non modifichi sostanzialmente la sua forma. Se la velocità nei due tempi successivi rimane la stessa la somma delle forze che ha agito sul cubetto nel periodo di tempo che separa i due istanti è zero. Per il primo principio della dinamica infatti un corpo non sottoposto a forze o equivalentemente sottoposto a forze la cui somma è nulla mantiene inalterata la propria velocità. Se invece la sua velocità aumenta le forze che hanno agito nella direzione del moto sono state superiori a quelle che hanno agito in direzione contraria al moto. Le uniche forze che si esercitano in direzione orizzontale, trascurando attriti interni e con le pareti, sono quelle dovute alla pressione che il fluido circostante esercita sulle facce del cubetto. Se la velocità aumenta allora la pressione che agisce sulla faccia anteriore del cubetto, rispetto alla direzione del moto, deve essere maggiore della pressione che agisce sulla faccia posteriore. Di conseguenza la pressione in un fluido o in un gas è più bassa nei punti in cui la velocità è maggiore rispetto alla pressione nei punti in cui il fluido si muove più lentamente. Questo risultato è noto come il Principio di Bernoulli. Mettendo in moto l'aria che circonda l'estremità superiore del tubicino parzialmente immerso se ne diminuisce la pressione rispetto alla normale pressione atmosferica che agisce sulla superficie libera dell'acqua. La differenza di pressione fra la superficie libera e l'interno del tubo provoca la risalita del liquido.


Last modified: June 10, 1999. maina@ph.unito.it