Linee e tubi di flusso

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Introduzione alla fisica sperimentale: meccanica, termodinamica

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Politecnico di Milano

Introduzione alla fisica sperimentale: meccanica, termodinamica

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Il corso affronta le tematiche della meccanica e della termodinamica, fornendo le nozioni che risultano utili per affrontare insegnamenti di fisica di base, a partire dalla comprensione del metodo sperimentale per poi mostrare le grandezze fondamentali e loro relazioni in tali ambiti, imparando a identificarle, distinguerle e utilizzarle. Gli argomenti affrontati relativamente alla meccanica sono, divisi per settimane: · cinematica del punto materiale ed esempi di moti · dinamica del punto materiale ed esempi di forze · lavoro, energia, urti e gravitazione universale mentre per la termodinamica si ha · cinematica e dinamica dei liquidi ideali · temperatura, gas ideali, calore, macchine termiche ed entropia All’interno di ogni settimana si trovano video relativi a lezioni, esercizi ed approfondimenti su alcuni argomenti, nonché quiz a risposta chiusa allo scopo di fornire allo studente l’opportunità di un primo feedback di auto-valutazione. Ognuna delle tematiche si chiude poi con un quiz riepilogativo per verificare l’acquisizione delle nozioni presentate.

Из урока

Liquidi

Alcuni corpi non si possono pensare come rigidi, in quanto costituiti da moltissime particelle in continuo movimento e la cui forma (e talvolta il volume) è dettata solamente dal recipiente nel quale sono contenuti, come i fluidi (liquidi o gassosi). Poiché i fluidi non hanno forma propria, i principi e le equazioni della meccanica non vengono applicate a singole particelle (per mezzo dei concetti di massa e forza), ma a piccole porzioni di fluido (usando i concetti di densità e pressione). Come per il punto materiale, anche per i fluidi se ne può analizzare la statica (ricordando i principi di Pascal e di Archimede) per poi passare alla dinamica che ne descrive il moto tenendo conto delle forze in gioco (per mezzo della legge di Leonardo e del principio di Bernoulli).

Linee e tubi di flusso3:44

Legge di Leonardo5:44

Principio di Bernoulli11:06

Tubo di Venturi (Exe)5:15

Serbatoio di Torricelli (Exe)5:48

Познакомьтесь с преподавателями

Maurizio Zani
Assistant Professor
Physics Department

Nel momento in cui vogliamo studiare la dinamica dei liquidi, è difficile applicare direttamente

le leggi di Newton. Dobbiamo immaginare, infatti, che il nostro liquido è composto da tanti

piccoli elementini e, dunque, è difficile tenere conto delle tre leggi della dinamica

per ogni elementino. Il problema diventerebbe molto complicato. Allora vogliamo affrontare

il problema della dinamica in un modo diverso. Immaginiamo, ad esempio, di considerare un

elementino del nostro liquido in posizione 1. Ebbene, in questo momento, questo liquido,

questo elementino di liquido, avrà una velocità, ad esempio, v_1. Le condizioni meccaniche

di questo elementino di liquido saranno definite in un certo modo. Aspettiamo un certo tempo

∆t e ritroviamo adesso il nostro elementino, per esempio, in questa posizione. Chiamiamo

la posizione 3 e diciamo che la velocità sia v_3. Ora, nello stesso intervallo

di tempo, però, un altro elementino di fluido si sarà posizionato nella posizione 1, occupata

prima dal nostro elementino. Le condizioni meccaniche, però, saranno esattamente le

stesse o, quantomeno, ci mettiamo in quest'ipotesi, e, dunque, avremo le stesse condizioni e la

stessa velocità. In altre parole, se noi dovessimo fare una foto del sistema al tempo

t e al tempo t più ∆t, di questo nostro sistema, non vedremmo nessuna differenza.

Diremo allora che le condizioni sono di moto stazionario.

Fra l'istante di tempo 1 e l'istante di tempo 3

ci sarà, per esempio, un istante di tempo 2, dove il nostro elementino si troverà in

questa posizione, con una velocità v_2, per esempio messa così. Dunque, il percorso

che noi osserviamo di questo elementino di liquido è una traiettoria, per esempio questa,

caratterizzata dal fatto che il vettore velocità sarà sempre tangente in ogni punto. Un elementino

di liquido che si trova su questa linea, la percorrerà tutta proprio perché, essendo

il moto stazionario, qualunque elementino si trovi in posizione 1, dovrà necessariamente

ripercorrere la stessa linea, essendo le condizioni meccaniche identiche e la velocità sempre

la stessa. Dunque, come si vede, non interessa più considerare le leggi per ogni singolo

elementino ma sto facendo un discorso valido nel singolo punto. In un punto qualunque di

questa linea le condizioni meccaniche saranno sempre le stesse. Questa lena prende il nome

di linea di flusso.

Una delle caratteristiche l'abbiamo vista. Il vettore velocità è tangente, punto per

punto, a questa linea. Ovviamente non è possibile che due linee di flusso si vadano ad intersecare.

Per quale motivo ? Perché nel momento in cui avessimo una linea di flusso che si dovesse

intersecare avrei, nel punto d'intersezione, la tangente lungo due direzioni e questo non

è possibile perché, altrimenti, non saprei quale velocità ha l'elementino di liquido

in quel momento. L'insieme di tutte le linee di flusso che posso disegnare in questo sistema,

per esempio questa può essere un'altra, questa potrebbe essere un'altra, che mi rappresentano,

come dicevamo prima, il percorso che qualunque elementino di liquido si trovasse in questa

posizione seguirebbe successivamente, creano quello che viene chiamato un tubo di flusso.

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