Elena Lasagna

11/02/2013

LA  PRESSIONE

Se abbiamo un mattone a forma di parallelepipedo rettangolo delle dimensioni di cm 20x10x5, che pesi due kg. , possiamo appoggiarlo su un tavolo, in tre modi diversi.

In tutti e tre i casi il mattone grava sul tavolo con tutto il peso di 2 kg.  ma, di volta in volta appoggerà con base rispettivamente di 200 cm². , 100 cm². , 50 cm².

Quindi ogni cm² di tavolo sopporterà :

 gr.   (2000   :    200)  =   gr. 10

gr.    ( 2000   :   100 ) =    gr. 20

gr.    ( 2000    :    50 )  =    gr. 40

Questi numeri  10 – 20 – 40 indicano la pressione esercitata dal mattone sul tavolo nei tre casi.  Concludendo :

LA PRESSIONE  è  LA  FORZA  ESERCITATA  SULL’UNITÁ  DI  SUPERFICIE.

L a pressione atmosferica

Ricordiamo che i gas come i liquidi,  sono scorrevoli   ( Per  questo sono  definiti  fluidi )  e , assumono perciò la forma del recipiente che li contiene ; ma, si espandono e , quindi , non hanno volume proprio, e occupano sempre tutto il volume del recipiente che li contiene.

I gas sono molto compressibili e, praticamente perfettamente elastici. Per cui essendo anche i gas,  come i liquidi,  fluidi ed elastici,  si estende ad essi il famoso principio di PASCAL :

” LA PRESSIONE ESERCITA IN UN PUNTO DI UN GAS, SI TRASMETTE CON EGUALE INTENSITÁ,  IN TUTTE LE DIREZIONI E , OGNI PUNTO,  IN DIREZIONE  PERPENDICOLARE  ALLA SUPERFICIE  PREMUTA “.

Come nel caso del mattone, intendo anche ora per pressione di un gas ( e la stessa considerazione è estensibile anche ai liquidi ) la forza con cui un corpo preme sull’unità di superficie.

L’unità di pressione è 1  kg. x cm.²  ed è chiamata  ” atmosfera  ”  ( A t m. ).

Anticamente si credeva che l’aria non pesasse. Si cita ancora un ‘ esperienza di Aristotele, il quale pesò una vescica,  prima ritorta,  cioè vuota e , poi, gonfiata  col  fiato ; non trovò alcuna differenza di peso.

 Dirò in seguito  la ragione di questo fatto.

 Ma già Galileo,  riuscì a dimostrare che,  comprimendo aria in un grosso fiasco, esso aumentava di peso.

Oggi , si dimostra scientificamente che, l’aria e , tutti i gas, pesano.  Si prende un grosso pallone di vetro, il cui collo è chiuso da un rubinetto. Con una pompa aspirante, si fa il vuoto nel pallone,  si chiude il rubinetto e , si sospende il pallone ad una bilancia , equilibrandolo con una zavorra sull’altro piatto.  Aprendo ora il rubinetto,  nel pallone entra l’aria e, la bilancia,  trabocca dalla parte del pallone : dunque,  l’aria entrata,  ha un peso. Mettendo sull’altro piatto dei pesi, fino a riottenere l’equilibrio ,  si ricava il peso dell’aria entrata ; dividendo questo peso per il volume del pallone,  si ottiene il peso dell’unità di volume di aria.

Poichè l’aria pesa, dovrà esercitare sui corpi una pressione che , su una data superficie , sarà uguale  ( come per il mattone ) al peso di una colonna d’aria che,  ha per base quella superficie  e per l’altezza, la distanza da quella superficie al limite dell’atmosfera.

  Essa  si chiama   ” PRESSIONE   ATMOSFERICA “,  ed è rilevante come dimostrerò con le seguenti esperienze.

1 )  Un bicchiere d’acqua pieno fino all’orlo,  si ricopre alla bocca con un foglio di carta ; tenendo questa, col palmo della mano,  si capovolge il bicchiere ; togliendo la mano l’acqua non cade.

Ciò perché la sostiene la pressione atmosferica che,  è maggiore del peso dell’acqua.

2)  crepavesciche  :

sopra un foglio la pressione atmosferica è di parecchi quintali; tuttavia, il foglio  la sopporta, perché la pressione agisce su entrambe le facce. Ma , se togliamo la pressione su una faccia, il foglio non può più sopportare  l’alta  pressione e , si rompe .

È ciò che accade nel crepavesciche che, è un cilindro di vetro aperto a tutte le estremità ; si chiude superiormente con una vescica o un foglio di carta, ben legato, a tenuta d’aria. Posto il cilindro su un piatto di una pompa aspirante  ( apparecchiatura anche detta  macchina per il vuoto, che serve per estrarre l’aria dai vari  oggetti ) e, estraendo l’aria, la pressione diminuisce all’interno di esso ; la pressione esterna,  dapprima fa incurvare e , poi, rompe la carta con un forte rumore.  Se invece della carta si lega una lamina di gomma,  questa si rompe , ma assume la forma di una calotta ; ciò prova che,  la pressione si esercita perpendicolarmente alla superficie premuta e , con uguale intensità  in tutte le direzioni.

3 ) Emisferi di Magdeburgo  : Il nome è dovuto alla città dove fu eseguita l’esperienza per la prima volta.  Sono  due emisferi cavi,  di metallo, muniti di un largo orlo, ove combaciano esattamente a tenuta d’aria ; uno degli emisferi è munito di un rubinetto e di un raccordo per adattarlo alla pompa del vuoto.  Fatti combaciare i due emisferi si staccano facilmente se dentro vi è ancora aria; facendo invece il vuoto e , chiudendo il rubinetto, occorre uno sforzo grandissimo per staccarli,  cioè per vincere la pressione atmosferica esterna che,  li tiene uniti.

Nell’esperienza fatta a Magdeburgo, nel 1654,  in una pubblica piazza,  gli emisferi erano così grossi che,  non riuscivano a staccarli quattro cavalli che ,  tiravano con corde , in senso opposto.   Si noti che l’esperienza riesce in qualunque senso siano rivolti  gli emisferi ; ciò conferma che la pressione atmosferica agisce  in tutte le direzioni.

Esperienza  di  Torricelli

Le eperienze precedenti,  sono qualitative ma non quantitative ; cioè dimostrano l’esistenza della pressione atmosferica ,  ma non ne danno la misura.

Fu Evangelista Torricelli , allievo di Galileo , il primo ad eseguire tale misura nel  1643 , con una celebre esperienza che porta il suo nome.

  Si prende un tubo di vetro, lungo circa un metro,  grosso circa quanto un dito,  chiuso ad un estremo , aperto all’altro.  Si riempie completamente di mercurio,  se ne chiude l’estremità col dito e si capovolge in una vaschetta contenente mercurio ;   togliendo il dito,  quando l’estremità del tubo è sotto il mercurio,  in modo di essere sicuri che non entri aria nel tubo,  si vede scendere il mercurio e ,  fermarsi a circa 76 cm. sopra il livello della vaschetta.  Poichè sopra il mercurio,  dentro  il tubo  non vi è niente,  neanche l’aria e,  quindi  non vi è niente che eserciti pressione,  la causa che tiene sollevato il mercurio nel tubo, è la pressione atmosferica che, si esercita sul mercurio della vaschetta.

DUNQUE:

 La pressione atmosferica equivale al peso di una colonna di mercurio  alta 76 Cm.

L’altezza a cui si ferma il mercurio, non dipende dalla forma, diametro,  inclinazione , del tubo.  Sulla sezione di un cm.²  una colonna alta 76 cm. ha il volume di 76 cm.³ e , il peso del mercurio ( essendo il suo peso specifico 13, 59 ) è allora :

                                  p = gr.  (  76 x 13, 59  ) 0 1033 gr.

Per questo si assume tale valore come equivalente alla pressione di 1 Atm.   Per formare lo stesso peso con l’acqua,  occorre una colonna alta m. 10,33.

 La forza con cui l’atmosfera preme su un corpo, sulla superficie terrestre,  cresce proporzionalmente alla superficie di esso e , può assumere perciò valori   grandissimi.  Se su di un foglio, sorpassa già i 500 kg. ; un uomo normale sopporta oltre sette tonnellate  e , la forza con cui l’atmosfera preme su tutta la superficie terrestre, supera i cinque quadrilioni di tonnellate.

Da quanto sopra detto , risulta chiaro che allontanandosi dal livello del mare, verso l’alto,  la pressione atmosferica diminuisce e , di conseguenza  si evidenziano alcuni fatti :

–  man mano che aumenta l’altitudine,  si abbassa la tamperatura di ebollizione dei liquidi.  Da ciò risulta che,  certi cibi , tipo i fagioli,  che  cuocciono a temperature che sfiorano i 100° C , oltre certe altitudini non si cuocciono più in quanto l’acqua bolle a temperature più basse.

–  non ha senso mandare in alta montagna atleti per ossigenarsi in quanto,  la minor pressione dell’aria diminuisce la quantità di ossigeno utilizzabile.

–  aerei che volano ad alte quote,  devono essere pressurizzati affinchè , i passeggeri non abbiano a soffrire disturbi di respirazione.

 Elena   Lasagna