Idrodinamica

L'idrodinamica è l'area della fisica che si occupa del moto dei fluidi. Un fluido è una sostanza le cui particelle sono legate insieme da una debole forza di attrazione.

L'idrodinamica studia il moto dei liquidi.

Cosa studia l'idrodinamica

Siccome i liquidi e i gas sono fluidi, entrambe le materie potrebbero essere studiate dall'idrodinamica. Tuttavia, questa branca della scienza si concentra sullo studio delle caratteristiche del moto dei fluidi incomprimibili: cioè l'acqua e altri liquidi.

L'idrodinamica prende quindi come punto di partenza i liquidi incomprimibili (la cui densità non cambia al variare della pressione). Considera anche che il flusso dei liquidi avviene in un regime stazionario (con una velocità indipendente dal tempo in qualsiasi punto) e con una perdita di energia dovuta alla viscosità che è trascurabile.

Le origini

"Hydrodynamica", un lavoro pubblicato nel 1738 dal fisico svizzero Daniel Bernoulli, è indicato come il lavoro pionieristico per lo sviluppo dell'idrodinamica. Questo scienziato, infatti, dà il suo nome a una delle leggi fondamentali di questo campo del sapere.

Il principio di Bernoulli sostiene che, in un fluido ideale che scorre in un condotto chiuso, l'energia rimane costante durante tutto il flusso. Trattandosi di un fluido ideale, l'attrito e la viscosità non vengono presi in considerazione.

Da questo principio deriva il teorema di Torricelli, che postula che la velocità di un fluido in un recipiente aperto è uguale a quella di qualsiasi corpo che cade liberamente nel vuoto dal livello del fluido fino a raggiungere il centro di gravità dell'apertura.

I fluidi incomprimibili sono l'oggetto di interesse dell'idrodinamica.

Idrodinamica e il numero di Reynolds

Un altro concetto importante per l'idrodinamica è il numero di Reynolds, un numero adimensionale che mette in relazione le forze inerziali e viscose che agiscono su un fluido. In questo modo collega la velocità, la viscosità e la densità in un'unica espressione.

Quando si parla di un numero senza dimensione, significa che non è legato a nessuna unità fisica che lo possa definire, quindi è un puro. Si usa come quoziente o prodotto di quantità che hanno unità, in modo da semplificarle. Il numero di Reynolds è un quoziente tra due termini: convettivo e viscoso.

La nozione di portata

Non possiamo tralasciare la portata, un concetto utilizzato in fluidodinamica per definire la quantità di fluido che, per ogni unità di tempo, circola in una parte del condotto (che può essere un fiume, una conduttura, un canale, un tubo o una tubatura, tra altre possibilità). Di solito è legato al flusso volumetrico, il volume che scorre attraverso una data area in un dato tempo.

La variabile usata in questo contesto è G, poiché è anche conosciuta come portata. È una delle quantità più importanti nel campo dell'idrodinamica. Rispetto alla sua equazione, per risolvere la portata si deve effettuare il rapporto tra il volume di liquido (che si esprime come ΔV, il cui primo simbolo è la lettera greca "delta", che si riferisce a una variazione di valore nel tempo) e l'unità di tempo (Δt): G = ΔV / Δt.

Secondo il Sistema Internazionale di Unità, la portata si esprime in metri cubi al secondo. Ciò significa che ΔV deve essere dato in metri cubi e Δt in secondi. A seconda dei valori che abbiamo a disposizione, dopo aver risolto questa equazione possiamo ottenere uno dei seguenti due possibili dati: quanto tempo impiega un dato volume di liquido a passare; quanto di quel liquido può passare in un dato intervallo.