Il torchio idraulico sfrutta la legge di Pascal per amplificare la forza applicata sul pistone più piccolo e ottenere una forza molto maggiore dalla parte del pistone più grande. Grazie al liquido presente nel torchio, infatti, la pressione nel pistone più piccolo, che è il rapporto tra forza e superficie, sarà uguale al rapporto tra forza e superficie nel pistone più grande.
La Legge di Pascal
La legge di Pascal afferma che la pressione esercitata su una superficie qualsiasi di un liquido si trasmette su ogni altra superficie a contatto con il liquido con lo stesso valore. Questa proprietà dei liquidi può essere sfruttata per trasmettere le forze da un punto a un altro e, soprattutto, per amplificare le forze.
Pressione: Una Grandezza Scalare
La pressione è una grandezza scalare, definita come il rapporto tra forza perpendicolare a una superficie e area della superficie. L'unità di misura della pressione nel Sistema Internazionale è il pascal.
Fattori che Influenzano la Pressione
All'interno di un liquido, la pressione su una superficie qualunque è maggiore verso il fondo. Secondo la legge di Stevino, la pressione a una certa profondità h in un liquido di densità ρ è data dall'espressione: ρgh. La pressione a una certa profondità dipende dal peso della colonna di liquido sovrastante.
Se la superficie sulla quale agisce una data forza perpendicolare raddoppia, la pressione diventa la metà.
Applicazioni Pratiche
La proprietà dei liquidi espressa dalla legge di Pascal può essere sfruttata per costruire i freni a disco.
Esempio di Calcolo
Consideriamo il dispositivo del disegno. Se si esercita sulla faccia A una certa pressione, il valore della pressione sulla faccia B sarà uguale.
Pressione Atmosferica
La pressione atmosferica che si esercita sulla nostra testa non schiaccia il cranio perché, per la legge di Pascal, la pressione è la stessa in tutte le direzioni. Il valore della pressione atmosferica al livello del mare vale all'incirca 101 kPa. Lo strumento usato per misurare la pressione atmosferica è chiamato barometro.
Nella sua famosa esperienza di misura della pressione atmosferica, Evangelista Torricelli utilizzò un tubo e un recipiente contenenti mercurio. Non usò semplicemente dell'acqua perché, se avesse usato l'acqua, gli sarebbe servito un tubo lungo dieci metri.
Qual è il valore della pressione atmosferica in condizioni normali? È 1,01 x 105 Pa.
Esperienza di Torricelli
Una volta che il tubo utilizzato nell'esperienza di Torricelli si è parzialmente svuotato, nella parte più alta del tubo resta il vuoto.
Spinta di Archimede
Se un oggetto a forma di parallelepipedo è totalmente immerso in un liquido, su ciascuna delle sue facce agisce una forza dovuta alla pressione del liquido. La risultante di tutte queste forze è sempre nulla.
Secondo la legge di Archimede, la spinta idrostatica su un oggetto immerso in un liquido è proporzionale al volume immerso dell'oggetto.
Esempi di Applicazione
Una mongolfiera ad aria calda è in grado di volare perché la densità dell'aria calda è minore di quella dell'aria fredda.
Una nave galleggia sulla superficie del mare se la sua densità media è minore di quella dell'acqua del mare.
Perché non avvertiamo una spinta di Archimede da parte dell'atmosfera in cui siamo immersi? Perché la spinta, pur reale, è molto inferiore alla forza di gravità.
Per quale ragione una pallina da tennis che cade dal quarto piano di un palazzo non riceve una spinta dal basso verso l'alto che le impedisce di arrivare a terra? La pallina subisce una spinta di Archimede verso l'alto, ma la sua forza-peso è maggiore.
Pressione e Superficie
La pressione esercitata dal peso di un oggetto che poggia su una superficie quadrata è inversamente proporzionale al quadrato della lunghezza del lato della superficie.
La forza esercitata sulla nostra testa dalla colonna d'aria sovrastante è direttamente proporzionale all'area della testa e alla pressione atmosferica.
Esercizi e Approfondimenti
Consideriamo una lattina di forma cilindrica. Normalmente diciamo che la lattina è vuota anche se contiene dell'aria: se veramente non contenesse neanche dell'aria, la pressione atmosferica non sarebbe compensata da nulla e la lattina verrebbe immediatamente schiacciata.
Supponi che la lattina abbia una superficie di 28 cm2. A quale forza è sottoposta? 3,1 · 102 N.
Quale delle seguenti affermazioni sulla pressione è errata? La pressione è una grandezza vettoriale.
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