Caratteristiche dei liquidi

I liquidi

I liquidi sono sostanze che hanno caratteristiche intermedie tra solidi e gas; essi, infatti, hanno un volume proprio (come i solidi) e assumono la forma del recipiente che li contiene (come i gas). Solitamente, a differenza dei gas, i liquidi sono difficilmente comprimibili. Notiamo, quindi, che i liquidi hanno alcune caratteristiche che li accomunano ad un solido, e altre che invece li accomunano ad un liquido.

In ogni caso, una sostanza può passare da uno stato di aggregazione all’altro in base alle condizioni ambientali in cui si trova; ciò significa che, in seguito a variazioni di temperatura e pressione, è possibile che una sostanza cambi il suo stato di aggregazione.

La pressione

La pressione è una grandezza fisica che esprime quanto una forza è concentrata su una superficie. Può essere utile considerare questa grandezza fisica, in quanto, molto spesso, applicando una forza della stessa intensità su due superfici di diversa estensione, si ottengono degli effetti diversi.

Un classico esempio è il caso in cui si cammina sulla neve; sebbene la forza-peso dell’uomo rimanga sempre la stessa, camminando con sei semplici scarponi è molto più faticoso procedere, perché la superficie di appoggio è piuttosto piccola; indossando delle racchette, invece, la camminata sarà molto più agevole, perché la forza-peso è distribuita su una superficie maggiore.

forza-pressione — La diversa distribuzione di una forza su una superficie implica un diverso effetto della forza sul corpo su cui agisce.

La pressione si definisce come rapporto della forza premente (perpendicolare alla superficie) e l’area della superficie stessa:

$ p = frac(F)(S)$

La pressione, quindi, è direttamente proporzionale alla forza che agisce, e inversamente proporzionale alla superficie su cui essa è applicata.

Nel sistema internazionale l’unità di misura della pressione è il Pascal; questa grandezza corrisponde alla pressione esercitata dalla forza di $1 N$ su una superficie di $1 m^2$.

Nel caso di un corpo che si trova su un piano inclinato, la pressione che questo esercita sulla superficie è minore di quella che si avrebbe se il piano fosse orizzontale. Quindi, uno stesso corpo può esercitare pressioni diverse in base a come è disposta la superficie in cui si trova.

La pressione dei liquidi

Molti liquidi, a parità di peso, possono occupare un volume diverso; per questo, è utile considerare una grandezza che tiene presente questo aspetto, e che si definisce peso specifico. Il peso specifico è espresso come rapporto tra il peso di un liquido e il volume che esso occupa:

$P_S = frac(F_P)(V)$

Inoltre, si considera anche la densità, espressa invece come il rapporto tra la massa di un liquido e il volume che esso occupa:

$d = frac(m)(V)$

Dalle due relazioni precedenti, si ricava che il peso specifico di un liquido può essere ottenuto moltiplicando la sua densità per la costante di gravitazione g:

$ V = frac(m)(d) = frac(F_P)(P_S) to P_S = frac(F_P * d)(m) = frac(m * g * d)(m) = g * d$

Quando un liquido si trova all’interno di un recipiente, su di esso agisce la forza-peso; anche i liquido, infatti, come i solidi, hanno una massa. La forza-peso fa si che il liquido eserciti una pressione sul fondo e sulle pareti del recipiente, e questa pressione viene definita pressione idrostatica.

La pressione idrostatica dipende da determinati fattori, quali la grandezza del recipiente in cui è contenuto il liquido, il volume del liquido e la sua densità.

A parità di volume e di recipiente, ad esempio, l’acqua e la benzina hanno pressioni idrostatiche differenti. Il peso specifico dell’acqua, infatti, è maggiore di quello della benzina; ciò implica che l’acqua risulta più pesante a parità di volume.

La pressione idrostatica di un liquido può essere calcolata grazie alla legge di Stevino; questa afferma che tale pressione è data dal prodotto tra il peso specifico del liquido e l’altezza che esso raggiunge all’interno del recipiente; o anche, come abbiamo visto, dal prodotto della densità per g per l’altezza del liquido:

$p_l = P_S * h = g * d * h$

La pressione idrostatica, quindi, non dipende dalla forza del recipiente o dalla sua area di base; essa dipende solamente dalla profondità e dal peso specifico del liquido che in esso è contenuto.