I fluidi

I fluidi sono materiali che possono manifestarsi in due dei quattro stati della materia, liquido e gassoso, e comprendono tutti i liquidi e i gas. Il termine fluido trae origine dalla capacità di fluire che accomuna tali materiali, la quale deriva dalle strutture atomiche e molecolari che li contraddistinguono.

 

Qui di seguito cominciano le lezioni dedicate allo studio dei fluidi, che si divide in due parti: la fluidostatica, che studia i fluidi in equilibrio, e la fluidodinamica che studia invece i fluidi in movimento.

 

Cosa sono i fluidi

 

Prima di cominciare a vedere le leggi e le equazioni che ne descrivono il comportamento, è bene definire che cosa si intende col termine fluido. In generale i fluidi sono sia i liquidi sia i gas: a titolo d'esempio il termine fluido si può riferire sia all'acqua che all'aria.

 

La caratteristica principale che li distingue dai solidi, e che quindi ci permette di fornire una definizione di fluido, è la seguente: i fluidi non hanno una forma propria e tendono ad assumere la forma del recipiente che li contiene. Come ci insegna l'esperienza comune, tale caratteristica è valida sia per i liquidi che per i gas.

 

Classificazione dei fluidi: liquidi e gas

 

Vediamo quali sono le differenze che permettono di classificare i fluidi in liquidi e gas.

 

 

1) La prima e più evidente differenza tra liquidi e gas riguarda il volume. Se da un lato i liquidi hanno sempre un proprio volume, tipicamente misurato in litri, dall'altro i gas non sono caratterizzati da un volume ben definito.

 

Per chiarire tale differenza ci basta considerare un semplice esempio. Se pensate di versare un litro di acqua dentro ad una bottiglia da un litro, essa occuperà tutto il volume disponibile assumendo esattamente la stessa forma della bottiglia. Se successivamente rovesciate lo stesso litro d'acqua in una bottiglia da due litri, essa tenderà di nuovo ad assumere la forma del suo contenitore ma occuperà sempre lo stesso volume di un litro, per cui la seconda bottiglia rimarrà mezza vuota.

 

I gas presentano invece un comportamento diverso: essi tendono ad occupare tutto lo spazio che hanno a loro disposizione, e al crescere dello spazio disponibile, diventano via via più rarefatti.

 

 

2) Un'altra differenza consiste nel fatto che i liquidi sono praticamente incomprimibili, ossia non si riesce a farne diminuire il volume; al contrario i gas sono facilmente comprimibili.

 

 

3) I liquidi hanno una densità maggiore di quella dei gas; di conseguenza, a parità di volume, i liquidi presentano una massa maggiore.

 

Tali differenze tra liquidi e gas sono dovute alle rispettive strutture atomiche e molecolari. Nei liquidi gli atomi e le molecole che li compongono sono legati tra di loro da forze più intense rispetto a quelle che ritroviamo nei gas: per questo motivo i liquidi mantengono un proprio volume, mentre i gas no.

 

Al di là delle loro differenze i liquidi e i gas hanno anche alcune proprietà in comune, per cui le leggi che seguiranno nelle prossime lezioni saranno applicabili ad entrambi e quindi, più in generale, ai fluidi. La principale caratteristica dei fluidi consiste nella possibilità che una parte del fluido scorra su un altro o sulle pareti del suo contenitore. A tale scorrimento si oppone sempre una forza di attrito interno al fluido stesso che viene chiamata viscosità, che tratteremo in seguito.

 

Fluidi, solidi e plasma

 

Sin da piccoli abbiamo imparato che esistono tre stati della materia: solido, liquido e gassoso. In realtà gli stati della materia sono quattro: solido, liquido, gas e plasma. Che cosa si intende con plasma? A titolo di approfondimento, quando un gas viene portato ad alte temperature, alcuni elettroni che circondano gli atomi vengono liberati e si vengono a formare delle cariche elettriche libere. Questo conferisce al gas delle caratteristiche nuove e diverse rispetto a prima, tanto che non si tratta nemmeno più un gas (e quindi di un fluido) bensì di uno stato della materia che è stato definito come plasma.

 

Il plasma è il quarto stato della materia ed quello più presente nell'Universo. Per rendersene conto basti pensare solo al fatto che tutte le stelle (tra cui il Sole) sono costituite da gas incandescente e quindi sono formate da plasma.

 

 


 

La lezione introduttiva si conclude qui, ma continuate a leggerci: a seguire introdurremo una nuova grandezza, la pressione. Più avanti, al termine delle lezioni di idrostatica, avremo modo di approfondire la classificazione dei fluidi introducendo la distinzione tra fluidi ideali e fluidi reali. ;)

 

 

Buon proseguimento su YouMath,

Alessandro Catania (Alex)

 

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