Le proprietà dei corpi solidi

1. Corpo solido <-----> corpo rigido In realtà i solidi sottoposti a sollecitazione subiscono delle piccole deformazioni Il fatto che le deformazioni siano piccole dipende dalla struttura cristallina e dalle forze molto intense che mantengono gli atomi nella loro posizione all’interno del reticolo È l’intensità elevatissima tra gli atomi che fa rassomigliare i solidi a corpi rigidi. Le proprietà dei corpi solidi • Gli atomi sono in continua oscillazione attorno alla posizione di equilibrio • Con una ampiezza che dipende dalla temperatura

2. Trazione Produce un allungamento del campione Compressione Produce una accorciamento del campione Taglio Produce lo scorrimento di una sezione del campione sull’altra Compressione idrostatica La forza in questo caso agisce su tutta la superficie del campione ed è perpendicolare alla superficie stessa Produce una diminuzione del volume del campione I diversi tipi di sollecitazione • Sforzo • Forza applicata diviso per la sezione del campione • Deformazione relativa • La deformazione prodotta diviso per il valore della grandezza originaria

3. I moduli di elasticità, E e G, si misurano in N/m2 Il comportamento dei materiali

4. Il comportamento dei materiali

5. Un tondino di acciaio da costruzione ha raggio R=9.5 mm e lunghezza L =81 cm. Una forza di modulo 6.2 x104 lo tira longitudinalmente. Qual è lo sforzo nel tondino? Quanto l’allungamento e la sua deformazione? Applicazione • La sezione del tondino è data da: • Lo sforzo: • La deformazione: • L’allungamento:

6. Per realizzare una qualunque struttura meccanica, dalla più semplice alla più complicata, si utilizzano corpi solidi collegati insieme poiché i corpi solidi hanno un comportamento elastico, ci aspettiamo altrettanto da una qualunque struttura meccanica. Sottoponendo la struttura ad una sollecitazione rapida (un impulso), Essa entrerà in vibrazione Le vibrazioni si smorzeranno più o meno rapidamente a causa degli attriti Però se le sollecitazioni sono periodiche le vibrazioni potranno sostenersi Per avere un’idea di quello che succede si può studiare l’oscillatore armonico sottoposto ad una forza variabile nel tempo. Risonanza

7. Per fluidi si intendono i gas ed i liquidi le distanze tra le molecole sono in media più grandi nel caso dei fluidi rispetto ai solidi, le forze di interazione sono estremamente meno intense: nei fluidi le molecole sono debolmente legate l’una all’altra esse non occupano posizioni predeterminate all’interno del fluido ma possono muoversi al suo interno. I fluidi non oppongono alcuna resistenza a sollecitazioni di taglio Se suddividiamo in due parti il fluido con una superficie ideale è possibile far scorrere le due parti di fluido l’una rispetto all’altra. Si immagini la lama di un coltello che scorre all’interno di un fluido. Conseguenza: Se separiamo il fluido in due parti mediante una superficie qualsiasi le forze che una parte di fluido esercita sull’altra hanno solo la componete normale alla superficie. Questo vale per qualunque superficie. I fluidi

8. Sulla superficie immaginaria con cui abbiamo suddiviso il fluido in due parti prendiamo una piccola area, DA, attorno al punto P Si definisce pressione idrostatica nel punto P la grandezza scalare attenuta facendo il rapporto della forza (normale) che una delle due parti di fluido esercita sull’altra attraverso l’area DA, diviso per l’area DA (eventualmente si fa il limite per DA che tende a zero) : La pressione idrostatica • Le dimensioni • Le unità di misura nl SI sono N/m2, che viene anche chiamata “pascal”, Pa. • Altre unità di misura della pressione: • Atmosfera (atm)=1 atmosfera è la pressione atmosferica al livello del mare • torr (o mm Hg) è la pressione che esercita una colonna di 1 mm di mercurio • 1 bar= 105 Pa

9. Se la superficie ideale tracciata all’interno di un fluido viene sostituita da una superficie reale la parete del contenitore Possiamo usare la stessa definizione per valutare al pressione sulle pareti del contenitore La pressione sulle pareti del recipiente • DA è una piccola areola attorno al punto P in cui si vuole misurare la pressione • Fn è la forza normale esercitata dalla fluido sulla piccola porzione DA della parete • A cosa è dovuta questa forza normale? • Agli urti delle particelle che costituiscono il fluido sulle pareti • Per un urto elastico su una parete liscia La molecola subisce la forza F dalla parete Per il principio di azione e reazione esercita sulla parete una forza uguale e contraria.

10. Si definisce densità media del fluido La densità • Si definisce densità del fluido nel punto P • Il limite in senso “fisico” • I fluidi si distinguono in • Comprimibili • Incomprimibili

11. Consideriamo in fluido incompribile r è uniforme in tutto il volume del fluido Consideriamo un fluido stazionario Isoliamo idealmente una porzione di fluido racchiusa in un cilindro di area di base A orizzontale e altezza h (h=y1-y2) Se tutto il fluido è stazionario, questa porzione è ferma Applichiamo la secondo legge della dinamica In particolare la sua componente verticale La legge di Stevino • h profondità • Punti alla stessa profondità hanno la stessa pressione • Punti alla stessa pressione si trovano alla stessa profondità • La superficie di separazione tra l’aria e l’acqua è orizzontale

12. A che profondità bisogna immergersi in mare perché la pressione raddoppi rispetto a quella in superficie Applicazione • Dalla legge di Stevino ricaviamo che la pressione alla profondità h in un liquido conoscendo quella in superficie Po, è data da: • Vogliamo trovare h* in modo che P sia uguale a 2Po. • Da cui: h • Ogni 10 m di profondità la pressione aumenta di un atmosfera • Se al posto dell’acqua c’è un gas, • la densità del gas è circa 1000 volte più piccola di quella dell’acqua • Alla profondità di 10 m in un gas la pressione sarebbe cambiata solo di 1 millesimo di atmosfera • Per recipienti di piccolo volume, entro i 10 m di profondità, possiamo considerare la pressione costante in tutto il recipiente.

13. Barometro Per la misura assoluta della pressione atmosferica La misura della pressione • Manometro a tubo aperto • Misura la differenza di pressione tra due ambienti • Misura relativa di pressione

14. Consideriamo un fluido contenuto in un cilindro racchiuso da un pistone mobile Indichiamo con Pest la pressione esercitata dal pistone sul fluido La pressione in tutti gli altri punti sarà: Il principio di Pascal • Supponiamo ora di variare la pressione Pest , per esempio variando il carico sul pistone. • Sia DPest la variazione di Pest. • In tutti gli altri punti del fluido osserveremo una variazione di pressione: • Se produco una variazione di pressione in un punto del fluido questa si ripercuote su tutto il fluido.

15. Consideriamo due cilindri pieni di un fluido incomprimibile (olio) In condizioni di riposo entrambi i pistoni sono alla stessa altezza e la pressione del fluido subito sotto i pistoni è la pressione atmosferica Se spingiamo il pistone Ai con una forza Fi, facciamo cioè aumentare la pressione del fluido in uno dei rami del pistone, allora la pressione aumenterà dappertutto della stessa quantità La leva idraulica • Il secondo pistone sarà quindi in grado di esercitare sull’ambiente esterno una forza • La forza risulta amplificata per un fattore pari al rapporto tra le aree • Si osservi che lo spostamento del secondo pistone è ridotto rispetto a quello del primo dello stesso fattore. • Il lavoro da fare per sollevare un oggetto pesante è sempre lo stesso

16. La Spinta di Archimede è la forza a cui è soggetto un corpo quando è immerso nel fluido Consideriamo, in un fluido stazionario, la porzione di fluido racchiusa in una superficie chiusa che riproduce perfettamente la superficie esterna di un corpo. Questa porzione di fluido è in equilibrio (fluido stazionario) La risultante delle forze che la porzione di fluido all’esterno del contorno esercita su quella all’interno del contorno è proprio uguale al peso del fluido racchiuso all’interno del contorno. Quando metteremo il corpo, la parte di fluido esterna al contorno del corpo è la stessa , continuerà ad esercitare sempre la stessa forza: La spinta di Archimede è pari al peso della massa di acqua spostata dal corpo Il principio di Archimede