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Differenza tra fluido ideale e reale

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MEDICINA ONLINE DENSITA VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA MIELE OLIO VINO RESISTENZA ATTRITO MOVIMENTO SCIVOLAMENTO FISICA MATERIALE ESPERIMENTO CONTENITORE H20 RESISTENZA SCORRIMENTOCon “fluido” in chimica si definisce un materiale (generalmente costituito da una sostanza o da una miscela di più sostanze) che si deforma illimitatamente (fluisce) se sottoposto a uno sforzo di taglio, indipendentemente dall’entità di quest’ultimo. Il fluido è un particolare stato della materia che comprende

  • i liquidi;
  • gli aeriformi (i gas);
  • il plasma;
  • alcuni solidi plastici.

La dinamica dei fluidi, o fluidodinamica, studia il comportamento dei fluidi in moto, in relazione alle cause che lo determinano. Per ricavare le equazioni che regolano il moto dei fluidi è necessario ricorrere ad un modello teorico di fluido, chiamato “fluido ideale” (anche chiamato “fluido perfetto“, sono sinonimi) del tutto incomprimibile e non viscoso, cioè senza attrito interno. La maggior parte dei fluidi reali non è appartenente al gruppo dei fluidi perfetti, ma il loro comportamento, benché a volte si discosti notevolmente da quello dei fluidi perfetti, in alcuni casi può essere assimilabile a quello dei fluidi perfetti.

La differenza principale tra un fluido perfetto e un fluido reale è la presenza della viscosità, che tende a ostacolare il moto del fluido imponendo che nelle equazioni del moto usate per i fluidi perfetti siano introdotti termini correttivi che tengano conto della dissipazione di energia causata dall’attrito interno tra le molecole. Inoltre, un fluido reale, a differenza di un fluido ideale, può presentare due modalità di scorrimento:

  1. flusso laminare: il flusso scorre in strati che scivolano l’uno sull’altro senza mescolarsi;
  2. flusso turbolento: il flusso scorre con mescolamento di porzioni di fluido, cioè in modo disordinato e caotico: in queste condizioni le equazioni che ne regolano il moto sono ancora più complesse.

Semplificando:

  • i fluidi ideali sono fluidi non viscosi (privi di attrito) e sempre incomprimibili;
  • i fluidi reali sono viscosi, inoltre sono comprimibili nel caso dei gas o incomprimibili nel caso dei liquidi, infine possono scorrere con flusso laminare o turbolento.

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Cos’è la densità in chimica? Densità di acqua ed aria a varie temperature

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO CHIMICA FISICA SANGUE ANALISI FECI URINA GLICEMIA AZOTEMIA DENSITA CHEMISTRY LAB VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA MIELE OLIO VINO RESISTENZA ATTRITO MOVIMENTO MATERIALE ESPERIMENTOLa densità di un materiale è il rapporto tra la sua massa ed il suo volume (cioè massa diviso volume); l’unità di misura della densità è il kg/m³. Nell’uso comune si utilizza talvolta il kg/litro (kg/dm³), che corrisponde esattamente al g/cm³.

Il materiale in esame può essere sia un liquido che un solido o un gas. La densità nella tavola periodica degli elementi tende a crescere nei gruppi dall’alto verso il basso (fanno eccezione berillio e magnesio), mentre nei periodi cresce da sinistra a destra fino a boro-alluminio-rame-rutenio-iridio, per poi decrescere.

I corpi con densità maggiore vanno a fondo se immersi in fluidi con densità minore; invece i corpi con densità minore galleggiano su fluidi che hanno densità maggiore, ciò è valido solo se l’esperimento viene effettuato sotto effetto della gravità, mentre ciò non è vero in assenza di gravità, ad esempio nello spazio. Questa proprietà è alla base del celebre Principio di Archimede:

«ogni corpo immerso parzialmente o completamente in un fluido (liquido o gas) riceve una spinta verticale dal basso verso l’alto, uguale per intensità al peso del volume del fluido spostato».

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Densità dell’acqua a varie temperature

Nella tabella seguente è indicata la densità dell’acqua in grammi per centimetro cubo a varie temperature (in °C). I valori sotto 0 °C si riferiscono allo stato di acqua sottoraffreddata.

Temperatura (°C) Densità (g/cm3) Volume specifico (cm3/g)
100 0,9584 1,0434
80 0,9718 1,0290
60 0,9832 1,0171
40 0,9922 1,00786
30 0,9956502 1,00437
25 0,9970479 1,00296
22 0,9977735 1,00223
20 0,9982071 1,001796
15 0,9991026 1,000898
10 0,9997026 1,000297
4 0,9999720 1,0000280
0 0,9998395 1,00016
−10 0,998117 1,001886
−20 0,993547 1,006495
−30 0,983854 1,01641

Densità dell’aria a varie temperature

Nella tabella seguente è indicata la densità dell’aria in chilogrammi per metro cubo a varie temperature (in °C)

Temperatura in °C Densità in kg/m3 (a 1 atm)
–10 1,342
–5 1,316
0 1,293
5 1,269
10 1,247
15 1,225
20 1,204
25 1,184
30 1,165

Altri usi del termine “densità”

Il termine “densità” può essere applicato anche ad altre grandezze che hanno una distribuzione spaziale. Per esempio il rapporto tra il numero di elettroni in un dato volume e il volume stesso è detto densità di elettroni. Più in generale, considerando un insieme qualunque di oggetti, si parla di densità di numero. Il rapporto tra la carica totale distribuita in un volume e il volume medesimo viene comunemente indicato come densità di carica; l’energia luminosa per unità di volume è definita come densità di energia luminosa. Quindi in generale la massa volumica di una grandezza è espressa mediante il rapporto tra la quantità della grandezza contenuta in un volume assegnato e il valore di quest’ultimo.
In senso ancora più ampio il concetto è stato esteso anche ad altri ambiti quali la geografia: la densità di popolazione misura la popolazione di un territorio per unità di superficie.
Nel caso in cui una grandezza sia distribuita su una superficie si può parlare infine di densità superficiale di tale grandezza riferendosi al rapporto tra la grandezza stessa e l’area della superficie su cui è distribuita. Per esempio nel caso della carica elettrica si parla di densità superficiale di carica. Nel caso di una corrente elettrica attraverso un conduttore di sezione S si chiama densità di corrente il rapporto tra la corrente e la sezione S attraversata.

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Differenza tra densità e viscosità di un fluido con esempi

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Il liquido a destra appare più viscoso di quello a sinistra

La densità di un materiale è il rapporto tra la sua massa ed il suo volume (cioè massa diviso volume):

  • massa: è la quantità di materia espressa in kg presente in un corpo che determina il comportamento dinamico di quest’ultimo quando viene sottoposto all’influenza di forze esterne, come ad esempio una spinta;
  • volume: è lo spazio occupato nel corpo ed è espresso in m³ (metri cubi).

La massa non varia con la temperatura, mentre il volume può variare in funzione di essa: all’aumentare della temperatura un materiale può dilatarsi (diventando quindi meno denso, visto che la massa rimane la stessa) o contrarsi (diventando più denso). La densità, essendo un rapporto tra massa e volume, ha come unità di misura il kg/m³. Il materiale in esame può essere sia un liquido che un solido o un gas.

La viscosità è una grandezza fisica indicata con la lettera greca μ (“mi”) che riguarda i fluidi ed i gas e rappresenta la resistenza di un fluido allo scorrimento, è in altri termini il coefficiente di scambio di quantità di moto, cioè la resistenza che il fluido oppone allo scorrimento. Viene detta spesso viscosità dinamica per distinguerla dalla viscosità cinematica, che è una grandezza simile alla viscosità dinamica, ma dimensionalmente differente. Si definisce inoltre fluidità la grandezza reciproca della viscosità. Esempi di fluidi biologici più viscosi dell’acqua sono il sangue e lo sperma.

Un semplice esperimento

La viscosità di un fluido appare chiara ad esempio versando il fluido da un recipiente all’altro: un fluido poco viscoso come l’acqua si muove velocemente tra i due recipienti, seguendo la forza di gravità e distribuendosi rapidamente ed uniformemente nel contenitore in cui è versata, prendendone la forma; al contrario un fluido molto viscoso, come il miele, si muove più lentamente tra i due recipienti e ci mette molto più tempo ad assumere uniformemente la forma del nuovo contenitore.

Correlazione tra densità e viscosità

Densità e viscosità non sono necessariamente correlate: ad esempio un olio lubrificante può avere una densità minore dell’acqua (cioè galleggia sull’acqua) e ciononostante essere molto più viscoso dell’acqua; il miele invece, pur essendo anch’esso più viscoso dell’acqua, ha una densità maggiore dell’acqua (va a fondo se immerso in acqua). Non esiste quindi una correlazione diretta o indiretta tra le due misure, che valga in modo univoco per tutti i materiali.

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Dott. Emilio Alessio Loiacono
Medico Chirurgo
Direttore dello Staff di Medicina OnLine

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