In breve: L'acqua ha tre proprietà fisiche fondamentali: densità, peso specifico e viscosità. In idraulica distinguiamo il liquido perfetto (modello teorico) dal liquido reale.
Perché studiamo queste proprietà
In idraulica lavoriamo con l'acqua che scorre nei tubi, nei canali e nei fiumi. Per fare calcoli affidabili dobbiamo conoscere le sue proprietà fisiche. Queste proprietà cambiano leggermente con la temperatura e la pressione.
Ogni costruzione idraulica parte da qui: dighe, acquedotti e fognature. Prima si studia come si comporta il liquido, poi si progetta l'opera.
Le tre proprietà principali
La densità indica quanta massa è contenuta in un certo volume. Per l'acqua pura, a circa 4 °C, vale circa 1000 kg/m³. Si indica con la lettera greca ρ (rho).
Il peso specifico è il peso di un certo volume di liquido. Si ottiene moltiplicando la densità per l'accelerazione di gravità. Si indica con γ (gamma) e si misura in N/m³.
La viscosità dinamica misura la resistenza interna allo scorrimento. Un liquido molto viscoso scorre con difficoltà, come il miele. L'acqua ha viscosità bassa, quindi scorre facilmente. Si indica con μ (mu) e cambia molto con la temperatura.
Liquido perfetto e liquido reale
Il liquido perfetto è un modello teorico. Si immagina senza viscosità e incomprimibile. Serve per semplificare i calcoli nei primi studi di idraulica.
Il liquido reale, invece, ha sempre una viscosità. Per questo motivo, quando scorre, perde energia per attrito. L'acqua vera è un liquido reale: nei tubi lunghi notiamo cali di pressione dovuti agli attriti interni e con le pareti.
Esempi pratici
Per calcolare il peso di una vasca piena d'acqua usiamo il peso specifico. Se la vasca contiene 2 m³ d'acqua, il peso è circa 2 × 9810 = 19 620 N.
Per capire la viscosità basta confrontare acqua e olio. Versati sullo stesso piano inclinato, l'acqua scivola via subito, l'olio scende lentamente.
In una tubazione lunga, l'acqua arriva al rubinetto con pressione minore rispetto al serbatoio. Questa perdita esiste perché l'acqua è un liquido reale, non perfetto.
Parole difficili
- Densità: massa contenuta nell'unità di volume di una sostanza.
- Peso specifico: peso di un'unità di volume di un liquido.
- Viscosità dinamica: resistenza interna che un liquido offre allo scorrimento.
- Incomprimibile: che non cambia volume se si applica pressione.
- Attrito: forza che si oppone al movimento tra superfici a contatto.
- Modello teorico: rappresentazione semplificata della realtà per fare calcoli.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-costruzioni-ambiente-territorio.topografia-e-costruzioni.cl3.idraulica-liquidi.01