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La pressione atmosferica e le variazioni di altitudine
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Il barometro di Torricelli è un dispositivo chiave per misurare la pressione atmosferica, definita come la forza esercitata dall'aria sulla superficie. Funziona bilanciando una colonna di mercurio (760 mm) con la pressione esterna. Le unità principali includono Pascal (1.013 × 10^5 Pa), Bar (1.013) e Torr (760). La pressione atmosferica diminuisce significativamente con l'aumentare della quota, fenomeno descritto dalla relazione dp/dz = -Pogh/P. Questa variazione è critica per l'ingegneria aeronautica, dove la pressione interna degli aeroplani è mantenuta normale nonostante l'ambiente esterno a bassa pressione (circa 0.3 atm in quota di crociera).
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- Introduzione al Barometro di Torricelli: È un dispositivo inventato da Evangelista Torricelli per misurare la pressione atmosferica. Utilizza una colonna di mercurio, il cui livello (tipicamente 760 mm) è equilibrato dalla pressione atmosferica esterna.
- La Pressione Atmosferica: È la pressione esercitata dall'atmosfera su una superficie. Varia con la quota e nel tempo. È equivalente a:
- Pascal (Pa): 1,013 × 105
- Bar: 1,013
- Torr: 760
- Esperimenti Casalinghi: Un esempio semplice è una bottiglia d'acqua immersa capovolta in un bicchiere, dove l'acqua non si svuota grazie alla pressione atmosferica.
- Esempi di Calcolo della Pressione:
- Esempio 10-2: Conversione di Atmosfere in Pascal: Utilizzando la relazione p ≈ Pogh, si ottiene che 1 atmosfera è equivalente a 1,013 × 105 Pa.
- Esempio 10-3: Lunghezza del Tubo con Acqua: Se si usasse acqua distillata invece di mercurio, sarebbe necessaria una colonna di circa 10,34 m per bilanciare la pressione atmosferica, a causa della sua densità inferiore.
- Variazione della Pressione Atmosferica con la Quota: La pressione atmosferica diminuisce all'aumentare dell'altitudine. La variazione può essere espressa dalla relazione dp/dz = -Pogh/P.
- Esempio 10-4: Variazione di Pressione per Metro di Quota: La variazione approssimativa di pressione per metro di quota è di circa 1,17 × 10-4 m-1. A 10.000 m di quota, la pressione atmosferica scende a circa 0,31 atmosfere.
- Pressione negli Aeroplani: A quota di crociera, la pressione esterna è di circa 0,3 atmosfere, mentre all'interno dell'aeroplano viene mantenuta la pressione atmosferica normale. Questa differenza genera forze significative sulla superficie del velivolo, richiedendo misure di progettazione e sicurezza adeguate.
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MECCANICA · 1° anno · 2° semestre · 12 CFU · PHYS-01/A
OBIETTIVI GENERALI: OF 1) insegnare agli studenti le leggi fondamentali della meccanica e la loro applicazione a situazioni del mondo reale OF 2) sviluppare le abilità di problem-solving utilizzando un approccio che descriva i fenomeni fisici, combinando metodi, formule matematiche ed intuizione fisica OF 3) sviluppare…