E-school  di  Arrigo Amadori

Tutorial di fisica

Pressione


01 - Pressione.

La forza è una grandezza fisica caratterizzata dal fatto di essere in grado di modificare lo stato di moto
di un corpo o di modificarne la struttura interna.

Supponiamo che una forza agisca su un corpo e soffermiamoci sull'effetto di deformazione che essa 
produce sul corpo. Tale effetto non dipende solo dalla forza ma anche dalla superficie su cui la forza 
agisce.

Supponiamo che una persona di peso pari a  700 N  stia in piedi su della neve fresca. Se la persona
calza un normale paio di scarpe è molto probabile che egli sprofondi nella neve (deformandola). Se 
invece egli indossa un paio di sci o di racchette da neve, molto probabilmente egli non sprofonderà
più nella neve (o almeno lo farà in modo molto minore). 

Cosa è cambiato nei due casi ? Il peso della persona (quindi la forza che agisce sulla neve) è rimasto 
pressoché invariato mente a variare è stata la base di appoggio sulla neve. L'effetto di sprofondamento 
dipende allora oltre che dalla forza anche dalla superficie su cui la forza agisce. 

Introduciamo allora una nuova grandezza che esprime l'attitudine che ha una forza a deformare un 
corpo. Questa nuova grandezza fisica è la pressione e gioca un ruolo fondamentale nei fenomeni 
fisici in cui una o più forze agiscono su corpi tendendo a deformarli. Questa nuova grandezza fisica 
ci permette di iniziare lo studio dell'importante parte della fisica che si occupa dei fluidi (liquidi
gassosi) relativamente alle forze su di essi esercitate (forze che si manifestano tramite le pressioni 
che esse producono).

Se su un fluido agiscono delle forze e se quel fluido è in stato di equilibrio, esso sarà descritto dalla 
branca della fisica detta statica dei fluidi (fluidostatica) con le sue interessanti leggi. Considerando 
che l'acqua e l'aria con cui abbiamo a che fare tutti i giorni sono fluidi, è facile rendersi conto della 
grande importanza della fluidostatica.

Diamo ora una definizione rigorosa di pressione

Consideriamo una forza    (la forza è un vettore) che agisce su di una superficie di area  
ricordando che in generale tale forza non è detto che sia perpendicolare alla superficie :

       

La forza    può essere scomposta con la regola del parallelogrammo nelle sue componenti 
parallela e perpendicolare (normale) in modo che : 

          .

Graficamente :

       

Il motivo per cui operiamo questa scomposizione è semplice. La componente della forza che 
effettivamente agisce sulla superficie è la componente perpendicolare    , mentre la 
componente parallela    non agisce sulla superficie (essa produce un inefficace effetto di 
"slittamento"). 

Orbene, la pressione è definita come il rapporto fra l'intensità della componente perpendicolare 
della forza e l'area della superficie. Quindi :  

        .

Si noti la caratteristica scalare (grandezza priva di direzione e verso) della pressione. Prendendo in 
considerazione l'intensità    (che è uno scalare e che quindi si scrive senza la freccia) del vettore 
   ed essendo anche l'area  S  uno scalare, la pressione non può che essere uno scalare.

L'unità di misura della pressione nel sistema internazionale ( S.I. ) è :

         

(le parentesi quadre indicano l'unità di misura di una grandezza fisica).

Un  pascal  corrisponde quindi alla pressione generata da una forza di  1 N  applicata perpendicolarmente 
sulla superficie di  1 m² e si indica con la sigla  Pa .

Poiché il  newton  è una forza abbastanza piccola (circa il peso di un ettogrammo) ed un metro quadrato 
è un'area abbastanza grande, il  pascal  è una una pressione piuttosto debole rispetto alle pressioni con 
cui abbiamo a che fare tutti i giorni (per esempio la pressione atmosferica al livello del mare è mediamente  
101300  Pa ). Per questo motivo si usano i multipli del  pascal . 

Accanto al  pascal  sono ancora qualche volta in uso (anche se non appartenenti al sistema internazionale) 
unità di misura obsolete che però è interessante conoscere sia per "curiosità storica" che per "convenienza 
pratica".

Per chiarire il quadro apparentemente complesso delle unità di misura di pressione consideriamo il 
seguente schema :

        

L' ettopascal  ( hPa ) equivale a  100  pascal. Il  chilopascal  ( kPa ) a  1000  pascal  ed il  megapascal  
( MPa  ) ad  1000000  di pascal.

Il  bar  è il multiplo del pascal usato correntemente nella pratica (pressione nelle bombole, nelle caldaie, 
nei pneumatici, ecc.) perché, essendo uguale a  100000 Pa , corrisponde approssimativamente alla 
pressione atmosferica (in media, sul livello del mare pari a 101300 Pa ). Il  millibar , usato un tempo 
per le previsioni meteorologiche, quindi, corrisponde ad un  ettopascal .

Oggi, per le suddette previsioni, si utilizza l' ettopascal  in quanto gli ordinari  strumenti per misurare 
la pressione atmosferica (barometri) riescono a misurare appunto fino all'ettopascal. 

Un'altra unità di misura di pressione usata in medicina è il cosiddetto  torr  ovvero il millimetro di 
mercurio ( 1 torr = 1 mmHg , essendo  Hg  il simbolo chimico del mercurio).

Esistono altri modi di misurare la pressione non più in uso. Fra questi l'atmosfera tecnica pari a 
  (un chilogrammo forza su centimetro quadrato) utilizzato nelle applicazioni di ingegneria.

02 - Esercizio sulle definizioni di unità di misura di pressione.

Vogliamo trovare a quanti  pascal ( Pa , ) corrisponde una atmosfera tecnica (
ovvero chilogrammo peso / centimetro al quadrato).

Siccome la forza vale :

        F = m · a ,

tenendo presente che :

       

e che :

        ,

possiamo scrivere :

        .

Abbiamo quindi trovato che una atmosfera tecnica corrisponde a  98000 pascal  . Si noti che una 
atmosfera tecnica è abbastanza diversa dalla pressione atmosferica (mediamente  101300 Pa ) che 
è detta anche atmosfera fisica.

Fine. 

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