Idrostatica

L'idrostatica è la branca della fisica dedicata all'analisi dell'equilibrio dei fluidi. È il ramo di questa scienza che si occupa dell'investigazione dei fenomeni legati ai fluidi in un contenitore o recipiente.

Per definire cos'è l'idrostatica, è quindi essenziale riferirsi prima ai fluidi. Un fluido è una sostanza le cui molecole sono legate insieme da una debole forza di attrazione o di coesione. Queste sostanze, che sono liquidi o gas, prendono la forma del contenitore che li contiene; nel caso dei gas, non hanno nemmeno un volume proprio.

I fluidi hanno la coesione (una forza che permette alle molecole di tenersi insieme), la tensione superficiale (legata all'attrazione tra le molecole sulla superficie), l'adesione (l'attrazione tra le molecole di due sostanze diverse che sono in contatto) e la capillarità (il fenomeno che si verifica quando un fluido è in contatto con una parete solida). L'idrostatica, che è una branca dell'idraulica, tiene conto di queste caratteristiche per sviluppare i suoi studi.

Per quanto riguarda l'idraulica, possiamo dire che è la parte della fisica dedicata allo studio dei liquidi, tenendo conto del loro comportamento in riferimento alle loro proprietà specifiche. In altre parole, esamina le loro proprietà meccaniche in funzione delle forze a cui sono sottoposte. Oltre alle forze applicate alla loro massa, è molto importante prendere in considerazione la loro viscosità.

Il concetto di viscosità si riferisce alla misura della resistenza che i fluidi presentano a qualsiasi deformazione graduale generata da sforzi di taglio o di trazione. Qui troviamo altri due concetti:

* lo sforzo di taglio è lo sforzo che impatta tangenzialmente a un dato piano. Di solito è rappresentato dalla lettera greca tau;

* lo sforzo di trazione, invece, è lo sforzo interno a cui è sottoposto un corpo applicando due forze che hanno direzioni opposte con la tendenza ad allungarlo. Questo è importante nel campo dell'ingegneria e dei calcoli strutturali.

Il principio di Pascal e il principio di Archimede sono le basi dell'idrostatica. La legge sviluppata da Blaise Pascal nel XVII secolo afferma che, quando si applica una pressione a un liquido non comprimibile in un contenitore chiuso, la pressione si trasmette in tutte le direzioni e direzioni con la stessa intensità. Il principio di Archimede (III secolo a.C.), intanto, afferma che qualsiasi corpo immerso in un fluido è spinto verso l'alto da una forza identica al peso del volume del liquido che il corpo in questione sposta.

In questo contesto, è necessario imparare l'equazione fondamentale dell'idrostatica, che ha tre forme. Quando un liquido è a riposo, è possibile isolare un volume infinitesimo costituito da un prisma rettangolare la cui base è A e l'altezza dz. La pressione p è misurata alla base e p + dp in alto. Se prendiamo come riferimento un piano orizzontale da cui si misurano i diversi valori di altezza sull'asse z, allora l'equilibrio si ottiene con la prima formula indicata qui sotto:

p.A - (p + dp).A - ρ.g.A.dz = 0

Dopo averla depurata, si ottiene:

dp / ρ = -g.dz

Per riferimento, y è l'altezza piezometrica, ρ è la densità, p è la pressione, g è l'accelerazione di gravità e z è l'altezza del punto. Le tre forme dell'equazione dell'idrostatica dei fluidi a riposo sono le seguenti:

* prima forma: p/ρ + z.g = y;
* seconda forma: p/ρ.g + z = y;
* terza forma: p + ρ.g.z = y.