Pressione idrostatica, cos’è e come viene calcolata?

Vi siete mai chiesti perché una nave – anche di molte tonnellate – non affonda in acqua, riuscendo a rimanere a galla in sicurezza? Perché fluttuiamo e, a sua volta, mentre affondiamo per immergerci sentiamo più pressione intorno al nostro corpo e diventa difficile per noi muoverci? La fisica, nella sua specialità di meccanica dei fluidi, ci dà la risposta attraverso il concetto di pressione idrostatica.

Cos’è la pressione idrostatica?

In primo luogo, la pressione può essere definita come la forza che viene esercitata in direzione perpendicolare su una superficie definita. Da ciò derivata, la pressione idrostatica è la forza esercitata da un fluido a riposo attorno ad esso, a causa del proprio peso; di conseguenza, detta pressione è indipendente da:

• La massa del fluido
• Il suo volume
• Il suo peso

Essendo, al contrario, direttamente proporzionale a:

• La densità del fluido che esercita la pressione
• L’entità del valore dell’accelerazione di gravità
• Profondità del fluido

Come viene calcolato?

L’entità della pressione idrostatica può essere determinata secondo la seguente formula:

P = p xgxh

Dove:

• P = pressione idrostatica di un fluido statico
• p = densità del fluido
• g = accelerazione di gravità
• h = profondità in cui viene esercitata la pressione

Secondo il Sistema Internazionale di Unità, l’unità di base con cui viene misurata la pressione idrostatica è il Pascal.

Come unità di pressione, un Pascal (Pa) può a sua volta essere definito nelle sue componenti, equivalenti a:

Pa = N / m2

Dove:

• N = Newton; come unità di forza necessaria affinché un oggetto con una massa di 1 kg raggiunga un’accelerazione di 1 m / sec2.
• m2 = unità di superficie su cui viene esercitata la pressione.

Poiché le grandezze di misurazione di un Pascal sono troppo piccole per essere utilizzate in senso pratico, la pressione viene normalmente misurata in multipli di questa misurazione di base, la più comune è il chilo Pascal (kPa = 1000 Pa) e il Mega Pascal (MPa = 106 Pa), o anche i Bar (Bar = 105 Pa; equivalente a circa 1 ATM di pressione atmosferica). Normalmente si misura anche in millimetri di mercurio (mm Hg), precisamente nel caso della pressione atmosferica (mm Hg = 133,322 Pa).

Un po ‘di storia

Il concetto di pressione idrostatica è direttamente correlato ad alcuni principi e leggi di base della scienza, che sono stati scoperti e postulati da illustri saggi nel corso della storia della cultura umana. Tra di loro abbiamo:

1. Il principio di Archimede, che si legge così: “Ogni corpo immerso in un fluido rimuove un volume pari al proprio volume”. È un principio fondamentale della fisica idrostatica e idrodinamica che ci permette di comprendere l’assetto e l’affondamento di qualsiasi corpo in un dato fluido.
2. Principio di Pascal, che può essere sintetizzata come: “la pressione esercitata in un qualsiasi punto di un fluido in stato di equilibrio viene trasmessa con intensità equivalente in tutte le direzioni possibili”. Questo principio è così generale da essere considerato come una Legge della Fisica, e trova applicazione negli innumerevoli modelli ingegneristici derivati ​​dalla pressa idraulica.
3. Il principio del barometro Torricelli, che consente di misurare la pressione dell’aria atmosferica (come fluido) ovunque nel globo. Si basa sullo spostamento del mercurio come fluido -contenuto all’interno di una colonna di vetro- in funzione della pressione esercitata dalla massa d’aria su questa colonna a diverse altitudini, prendendo come punto base di riferimento la pressione su detta colonna misurata a livello del mare, quindi considerato come valore standard di 1 ATM (una atmosfera).

Alcune curiosità della vita quotidiana derivate dall’applicazione del concetto di pressione idrostatica

La definizione di pressione idrostatica e la sua misurazione sono alla base di innumerevoli processi e progetti ingegneristici legati alla nostra vita quotidiana, e spiega le realtà che affrontiamo quotidianamente.

Tra i fatti più curiosi che hanno a che fare con la pressione idrostatica esercitata da un qualsiasi fluido troviamo:

• Il principio molto ovvio della galleggiabilità, che ci permette di non affondare in acqua e che le navi possono navigare in mare senza affondare, nonostante il suo enorme peso. In entrambi i casi, il fattore che incide sulla galleggiabilità positiva è la densità totale dell’oggetto che sposta il volume del fluido dove è contenuto.
• In contrasto con la proprietà di galleggiabilità mostrata da alcuni oggetti, l’idrostatica può anche spiegare perché siamo in grado di immergerci, e perché i subacquei devono prendere alcune precauzioni nel farlo, a causa delle forze che si generano contro il corpo dei subacquei a causa della pressione idrostatica dell’acqua, che aumenta notevolmente all’aumentare della profondità.
• Come conseguenza della combinazione di entrambe le situazioni precedenti, L’idrostatica spiega anche perché un sottomarino è in grado di mantenere e navigare sia sulla superficie del mare che al di sotto di esso, così come il suo requisito che lo scafo esterno sia rinforzato in modo che la barca sia in grado di sopportare l’immensa pressione a cui è sottoposta quando è sommersa, che può essere di diverse atmosfere.
• La resistenza delle pareti dei serbatoi contenenti eventuali fluidi, quali piscine, dighe, serbatoi d’acqua, olio, olio, gas, ecc., Deve essere calcolata proprio in base alla pressione idrostatica che eserciterà il fluido contenuto in detti contenitori. , perché altrimenti questa pressione potrebbe vincere la resistenza del materiale della parete, provocando il collasso del contenitore.
• Come per qualsiasi altro fluido, questo principio di pressione si applica anche al riempimento di palloncini, palloni da spiaggia, e ai pneumatici o pneumatici di veicoli a motore, dovendo raggiungere un equilibrio tra il volume massimo di riempimento e la resistenza del materiale da cui sono .fatti e che è sottoposto alla pressione idrostatica del volume di fluido contenuto al suo interno.