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Principio di Pascal: definizione e caratteristiche

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Il principio di Pascal è un concetto dell’idrostatica. È la parte della meccanica dei fluidi che ha come oggetto di studio i fluidi in stasi, quando si presentano come un unico corpo uniforme che può essere soggetto alla legge di Pascal, che più avanti illustreremo nel dettaglio. Ci addentreremo in diversi principi e forniremo le linee guida fondamentali per la comprensione di questi fenomeni fisici.

La pressione idrostatica e la legge di Pascal

Prima di affrontare nel dettaglio l’argomento di questo articolo dobbiamo inquadrarlo all’interno del suo specifico contesto di applicazione: la pressione idrostatica, ossia:

la forza che un liquido statico esercita sulla superficie con la quale è in contatto.

Prima per definire l’idrostatica abbiamo detto che i suoi oggetti di studio sono costituiti dai fluidi in quiete, da tutti quelli su cui è valida la legge di Pascal:

  • Velocità media costante nel tempo
  • Velocità vettorialmente omogenea nello spazio

La pressione idrostatica di cui abbiamo parlato prima è determinato:

  • Dalla densità del fluido
  • Dall’affondamento del punto del pelo libero

Da qui si deduce che non è la massa su cui si appoggia ad avere importanza. Fu proprio Pascal con i suoi esperimenti a dimostrare che l’acqua fuoriesce da un recipiente forato alla medesima intensità e velocità.

Quindi gli elementi importanti da tenere a mente sono:

  • Pressione statica (p)
  • Densità del fluido (⍴)
  • Accelerazione di gravità (g)
  • Altezza del punto considerato (h)

La formula si traduce così:

p = ⍴gh

Come capita spesso per le scienze, un assunto non si può comprendere senza intraprendere una strada a ritroso che ci porta all’origine di alcune intuizioni. Così parlando di pressione idrostatica arriviamo a Stevino, a sua volta preceduto da Galileo. Furono costoro a rivelare il principio dei vasi comunicanti, sulla base di quanto studiato.

I recipienti comunicanti tra loro che contengono lo stesso liquido in stato di quiete hanno uguale livello di superficie libera nonostante la forma dei contenitori

La legge di Stevino

Visto che abbiamo parlato di lui impariamo a conoscere meglio il contributo che ha lasciato all’idrostatica. La legge di Stevino, che prende il nome da Simon Stevin, serve ad effettuare il calcolo della pressione esistente nella profondità di una colonna di fluido di cui si conosce la densità. Per la precisione si tratta di un’equazione che semplifica quella di Euleron che però indaga esattamente la quantità di modo di un fluido statico sottoposto ad un’accelerazione uniforme.

Quindi la legge di Stevino è, ad esempio, la forza gravitazionale a cui sono sottoposte le parti di fluido in una colonna d’acqua. Sappiamo tutti che il peso di una parte d’acqua che si trovi in posizione sovrastante eserciterà una forza. Se posta ad una precisa altezza della colonna d’acqua riuscirà a spingere verso il basso. Ma una forza contraria spinge verso l’alto, perché il fondo del recipiente funge da blocco con forza pari a quella esercitata dall’alto.

Un altro interessante aspetto che attraversa questa affascinante disciplina dell’idrostatica è la cosiddetta natura corpuscolare del liquido. Di cosa si tratta? Le particelle di fluido risentono della forza peso della parte di fluido sovrastante no solo per quelle possa sopra ma anche per quelle che giungono trasversalmente. Una forza che spinge da tutte le direzioni.

La particella di cui stiamo parlando subirà la pressione di una di queste forze provenienti da ogni direzione, forze che possiedono la stessa intensità e la sua reazione sarà quella di stare ferma.

Il principio di Pascal

Ma veniamo al paragrafo che più ci interessa, finalmente stiamo per spiegarti di cosa parliamo quando citiamo la legge di Pascal. Di fisica, fin qui ci siamo. Ma in special modo di fisica dei fluidi. Con questo principio si stabilisce che l’aumento della pressione in un punto di un liquido circoscritto all’interno di uno spazio avrà come conseguenza anche un aumento di pressione sul contenitore.

Allo stesso modo anche la pressione su un punto del fluido, seppur costante, sarà trasferita a ogni altro punto del fluido con la stessa intensità, da qualsiasi direzione provenga la pressione.

Per queste scoperte dobbiamo ringraziare Blaise Pascal, che nel 1646 fece il famoso esperiemento della botte e ci regalò questi concetti ormai fondamentali per tutta la Fisica e l’ingegneria.

L’esperimento della botte di Pascal

vasi comunicantiLo scienziato Pascal, per intrattenere e fare colpo sui propri amici con le sue abilità di scienziato, fece un esperimento con cui era in grado di far esplodere una botte d’acqua semplicemente aggiungendo una piccola quantità di liquido in più, tramite dei bicchieri. La botte piena d’acqua, con pressione sul fondo leggermente inferiore rispetto al limite massimo venne riempita tramite un tubo sottile, ma molto lungo, posto ad un’altezza di circa 10 m. La botte dopo poco era talmente piena che cominciò a rompersi poiché aveva raggiunto la quota limite.

L’esperimento si spiega tramite la legge di Stevino e così abbiamo concluso il cerchio e messo insieme i due principi che in questo articolo vi abbiamo raccontato.

In sintesi: l’acqua dentro il tubo causa una pressione dovuta all’altezza che sommata alla pressione che l’acqua esercita sul fondo della botte provoca la rottura.

I Master in area ingegneristica

L’idrostatica non si direbbe ma ha delle applicazioni di notevole interesse che vanno dalla pressione sanguigna nel sistema circolatorio, all’idraulica e molte altre branche del mondo del lavoro che ogni giorno attingono a questa disciplina per crescere e portare innovazione nel mondo.

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