I fluidi

I fluidi per definizione possono manifestarsi in due dei quattro stati della materia, liquido e gassoso, e comprendono tutti i liquidi e i gas. Il termine fluido discende dalla capacità di fluire che caratterizza tali stati di aggregazione delle sostanze, e che è dovuta alle relative strutture atomiche e molecolari.

 

Con questa lezione cominciamo a occuparci dello studio dei fluidi, che si divide in due parti: la fluidostatica, che studia i fluidi in equilibrio, e la fluidodinamica, che al contrario studia i fluidi in movimento.

 
 
 

Cosa sono i fluidi

 

Prima di studiare le leggi e le equazioni che ne descrivono il comportamento è bene stabilire che cosa si intende col termine fluido. In generale i fluidi sono sia i liquidi sia i gas e, 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.

 

Se versiamo un litro di acqua dentro a una bottiglia con una capienza pari a un litro, essa occuperà tutto il volume disponibile assumendo esattamente la stessa forma della bottiglia. Se successivamente rovesciamo lo stesso litro d'acqua in una bottiglia da due litri, essa tenderà di nuovo ad assumere la forma del suo contenitore occupando nuovamente un volume di un litro, per cui la bottiglia rimarrà mezza vuota.

 

I gas presentano un comportamento diverso rispetto ai liquidi. Essi tendono ad occupare tutto lo spazio che hanno a propria disposizione, e al crescere dello spazio disponibile diventano via via più rarefatti.

 

 

2) Un'altra differenza consiste nel fatto che i liquidi sono incomprimibili, ossia non si riesce diminuirne 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.

 

 

Le 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 volume proprio mentre i gas si adattano ai recipienti che li contengono.

 

Al di là delle loro differenze i liquidi e i gas hanno anche alcune proprietà in comune, per cui le leggi che presenteremo nelle prossime lezioni saranno applicabili a entrambi, e quindi in generale a qualsiasi fluido. La principale caratteristica dei fluidi è la loro capacità di scorrere: gli strati che costituiscono un fluido possono scorrere l'uno sull'altro nonché sulle pareti del recipiente che li contiene. A tale scorrimento si oppone sempre una forza di attrito interna al fluido stesso, che viene chiamata viscosità e di cui parleremo nel 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. Tale condizione conferisce alla materia caratteristiche fisiche inedite rispetto allo stato gassoso, al punto che gli scienziati hanno ritenuto di estendere la classificazione degli stati della materia indicando tale stato con il nome di plasma.

 

Lo stato plasmatico è quello più presente nell'Universo. Per rendersene conto basti pensare che tutte le stelle (tra cui il Sole) sono costituite da gas incandescente, e quindi sono formate da materia allo stato di 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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