Caratteristiche fluide, proprietà, tipi, esempi

IL Fluidi Sono mezzi continui le cui molecole non sono così legate come nei solidi e quindi hanno una maggiore mobilità. Sia i liquidi che i gas sono fluidi e alcuni, come l'aria e l'acqua, sono di vitale importanza, perché sono necessari per mantenere la vita.

Esempi di fluidi sono acqua, elio superfluo o plasma sanguigno. Ci sono materiali che sembrano solidi, ma mostrano tuttavia le caratteristiche che hanno i fluidi, ad esempio catrame. Mettere un mattone sopra un grande pezzo di catrame.

L'acqua è un esempio di liquido

Anche alcune materie plastiche sembrano essere solide, ma in realtà sono fluidi con viscosità molto elevata, in grado di fluire estremamente lentamente.

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Caratteristiche fluide

I fluidi sono principalmente caratterizzati da:

-Avere una maggiore separazione tra le sue molecole rispetto ai solidi. Nel caso dei liquidi, le molecole mantengono ancora una certa coesione, mentre nei gas interagiscono molto meno.

Molecole d'acqua, un fluido, in uno stato liquido rispetto al vapore di ghiaccio e acqua

-Fluire o scaricare, quando si tagliano le sollecitazioni su di essi agiscono. I fluidi non resistono agli sforzi, quindi vengono continuamente deformanti quando si applica.

-Adatta alla forma del contenitore che li contiene e se si tratta di gas, si espandono immediatamente fino a quando non coprono l'intero volume dello stesso. Inoltre, se possibile, le molecole sfuggono rapidamente al contenitore.

-I gas sono facilmente comprimibili, cioè il loro volume può essere facilmente modificato. D'altra parte, per modificare il volume di un liquido, è necessario un maggiore sforzo, quindi sono considerati incomprimibili in una vasta gamma di pressioni e temperature.

-I liquidi hanno una superficie libera piatta quando la pressione che agisce su di essi è costante. A pressione atmosferica, ad esempio, la superficie di un lago senza onda è piatta.

Aria e acqua: fluidi essenziali per la vita. Fonte: Pixabay.

Proprietà fluide

Il comportamento macroscopico di un fluido è descritto attraverso diversi concetti, essendo quelli principali: densità, peso specifico, densità relativa, pressione, compressibilità e modulo di viscosità. Vediamo cosa consiste brevemente.

Densità

In un mezzo continuo come fluido non è facile.

La densità è definita come il quoziente tra la massa e il volume. Indicando la densità con i testi greci ρ, massa M e volume V:

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ρ = m/v

Quando la densità varia da un punto a un altro del fluido, viene utilizzata l'espressione:

ρ = dm/dv

Nel sistema internazionale di unità la densità viene misurata in kg/m³.

La densità di qualsiasi sostanza in generale non è costante. Tutto quando si riscaldano la dilatazione, tranne l'acqua, che si dilata durante il congelamento.

Tuttavia, nei liquidi la densità rimane quasi costante in una vasta gamma di pressioni e temperature, sebbene i gas subiscano variazioni più facilmente, poiché sono più comprimibili.

Peso specifico

Il peso specifico è definito come il rapporto tra l'entità del peso e il volume. Pertanto è correlato alla densità, poiché l'entità del peso è MG. Indicando il peso specifico con la lettera greca γ, hai:

γ = mg / v

L'unità di peso specifica nel sistema internazionale di unità è il Newton/m³ E in termini di densità, il peso specifico può essere espresso come segue:

γ = ρg

Densità relativa

L'acqua e l'aria sono i fluidi più importanti per la vita, quindi servono come modello di confronto per gli altri.

Nei fluidi la densità relativa è definita come il rapporto tra la massa di una porzione di fluido e la massa di un volume uguale di acqua (distillata) a 4 ° C e 1 atmosfera di pressione.

In pratica, il quoziente tra fluido e densità dell'acqua viene calcolato in queste condizioni (1 g/cm³ o 1000 kg/m³), Quindi, la densità relativa è una quantità senza dimensioni.

È indicato come ρ_R o SG per l'acronimo in inglese di Peso specifico, che si traduce come gravità specifica, un altro nome con cui è nota la densità relativa:

Sg = ρ_fluente / ρ_acqua

Ad esempio, una sostanza con SG = 2.5 è 2.5 volte più pesante dell'acqua.

Nei gas la densità relativa è definita allo stesso modo, ma invece di usare l'acqua come riferimento, viene utilizzata la densità dell'aria pari a 1,225 kg/m³ a 1 atmosfera di pressione e 15 ºC.

Pressione

Un fluido è costituito da innumerevoli particelle in movimento costante, in grado di esercitare la forza su una superficie, ad esempio quello del contenitore che le contiene. La pressione media p che il fluido esercita su qualsiasi area piatta A è definita attraverso il quoziente:

P = f_┴/A

Dove f_┴ È il componente perpendicolare della forza, quindi la pressione è una grandezza scalare.

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Se la forza non è costante o la superficie non è piatta, la pressione è definita da:

P = df/da

L'unità di pressione stessa è il Newton/m², Chiamato Pascal e abbreviato PA, in onore del fisico francese Blaise Pascal.

Tuttavia, in pratica vengono utilizzate molte altre unità, sia per motivi storici, geografici o anche secondo il campo di studio. Le unità del sistema britannico o del sistema imperiale sono usate molto frequentemente nei paesi di lingua inglese. Per pressione in questo sistema il psi O Libra-Force/Inch².

Compressibilità

Quando una porzione fluida è soggetta a uno sforzo di volume, diminuisce in una certa misura. Questa diminuzione è proporzionale allo sforzo fatto, la costante di proporzionalità è il Modulo di compressibilità O semplicemente compressibilità.

Se B è il modulo di compressibilità, ΔP la variazione della pressione e ΔV/V la variazione dell'unità di volume, allora matematicamente:

B = ΔP / (ΔV / V)

La variazione del volume unitaria è senza dimensioni, in quanto è il quoziente tra due volumi. In questo modo la compressibilità ha le stesse unità di pressione.

Come affermato all'inizio, i gas sono fluidi facilmente comprimibili, tuttavia i liquidi non lo fanno, quindi questi hanno moduli di compressibilità paragonabili a quelli dei solidi.

Sostanza vischiosa

Un fluido di movimento può essere modellato da strati sottili che si muovono l'uno rispetto all'altro. La viscosità è lo sfregamento tra di loro.

Per stampare il movimento al fluido uno sforzo di taglio (non molto grande) viene applicato a una sezione, l'attrito tra gli strati impedisce al disturbo di raggiungere gli strati più profondi.

In questo modello, se la forza si applica alla superficie del fluido, la velocità diminuisce linearmente negli strati inferiori fino a quando non viene annullata nella parte inferiore, in cui il fluido è a contatto con la superficie a riposo del contenitore che lo contiene.

Determinazione sperimentale della viscosità. Il fluido si muove all'interno di due superfici, la parte superiore è mobile, mentre il sotto è fisso. Fonte: Wikimedia Commons.

Matematicamente si espresse dicendo che l'entità dello sforzo di taglio τ è proporzionale alla variazione della velocità con la profondità, che è indicata come ΔV/ ΔY. La costante di proporzionalità è la viscosità dinamica μ del fluido:

τ = μ (ΔV/ ΔY)

Questa espressione è conosciuta come la legge di viscosità e fluidi di Newton che la seguono (alcuni non seguono questo modello) sono chiamati fluidi newtoniani.

Nel sistema internazionale le unità di viscosità dinamica sono PA. s, ma è comunemente usato equilibrio, abbreviato p, equivalente a 0.1 pa.S.

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Classificazione: tipi di fluidi

I fluidi sono classificati obbedendo a vari criteri, la presenza o l'assenza di attrito è uno di questi:

Fluidi ideali

La sua densità è costante, è incomprimibile e la viscosità è zero. È anche irrotazionale, cioè non formano vorticci all'interno. E infine è stazionario, il che significa che tutte le particelle fluide che attraversano un certo punto hanno la stessa velocità

Fluidi reali

Negli strati di fluidi reali ci sono attriti e quindi viscosità, possono anche essere comprimibili, anche se abbiamo detto, i liquidi sono incomprimibili in una vasta gamma di pressioni e temperature.

Un altro criterio stabilisce che i fluidi possono essere newtoniani e non newtoniani, secondo il modello di viscosità che seguono:

Fluidi newtoniani

Soddisfano la legge di viscosità di Newton:

τ = μ (ΔV/ ΔY)

Fluidi non newtoniani

Non rispettano la legge di viscosità di Newton, quindi il loro comportamento è più complesso. Sono classificati a loro volta in fluidi viscosità Indipendente dal tempo e quelli con viscosità dipendente dal tempo, ancora più complesso.

Il miele è un esempio di liquido non newtoniano. Fonte: Pixabay.

Esempi di fluidi

Acqua

L'acqua è un fluido newtoniano, sebbene in determinate condizioni il modello fluido ideale ne descriva molto bene il comportamento.

Plasma del sangue

È un buon esempio di fluido non newtoniano indipendente dal tempo, in particolare dei fluidi pseudoplastici, in cui la viscosità aumenta notevolmente con lo stress da taglio applicato, ma poi, aumentando il gradiente di velocità, smette di aumentare progressivamente.

Mercurio

Mercurio in forma liquida. Bionerd [CC di (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)] L'unico metallo liquido a temperatura ambiente è anche un fluido newtoniano.

Cioccolato

È necessario un sacco di taglio in modo che questo tipo di fluido inizi a fluire. Quindi la viscosità rimane costante. Questo tipo di fluido si chiama Fluido di Bingham. Il dentifrico e alcuni dipinti appartengono anche a questa categoria.

Asfalto

È un fluido che viene utilizzato per aprire le strade e come impermeabilizzazione. Ha il comportamento di un fluido Bingham.

Helio Superfluido

Manca totalmente la viscosità, ma a temperature vicine allo zero assoluto.

Riferimenti

1. Cimbala, c. 2006. Meccanica di fluidi, fondamenti e applicazioni. MC. Graw Hill.
2. Misura della viscosità di un liquido. Estratto da: SC.Ehu.È.
3. Mott, r.  2006. Meccanica dei fluidi. 4 °. Edizione. Pearson Education.
4. Wikipedia. Superfluidità. Recuperato da: è.Wikipedia.org.
5. Zapata, f. Fluidi: densità, peso specifico e gravità specifica. Recuperato da: Francesphysics.Blogspot.com.