DINAMICA DINAMICA NON VISCOSO INCOMPRIMIBILE Proprietà del fluido STAZIONARIO IRROTAZIONALE Proprietà del moto del fluido FLUIDO FLUIDO PERFETTO PERFETTO 2 2 1 1 x A x A Δ = Δ Equazione di Equazione di continuit continuit à à t v A t v A 2 2 1 1 Δ = Δ cost. portata v A v A 2 2 1 1 = = = = Q Linee di flusso Linee di flusso Tubo di flusso Tubo di flusso 2 1 V V = = = 2 Δx 2 A 1 V 2 v 1 Δx 1 v 2 V 1 A
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fluidodinamica 01 14 - Dipartimento di Fisicafisica.unipv.it/Giulotto/fluidodinamica_01_14.pdf · DINAMICA NON VISCOSO INCOMPRIMIBILE Proprietà del fluido STAZIONARIO IRROTAZIONALE
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DINAMICADINAMICA
NON VISCOSO
INCOMPRIMIBILEProprietà del fluido
STAZIONARIO
IRROTAZIONALE
Proprietà del moto
del fluido
FLUIDO FLUIDO
PERFETTOPERFETTO
2211 xAxA ∆=∆
Equazione di Equazione di
continuitcontinuitàà
tvAtvA 2211 ∆=∆
cost. portatavAvA 2211 ==== Q
Linee di flussoLinee di flusso
Tubo di flussoTubo di flusso
21 VV ====2∆x
2A
1V
2v1∆x
1v
2V
1A
Teorema di BernoulliTeorema di Bernoulli
cinEL ∆=→21
Forze di pressione,
forza peso
2
1
2
2212211 mv2
1mv
2
1mgymgy∆xF∆xF −=−+−
2
1
2
221222111 mv2
1mv
2
1mgymgy∆xAP∆xAP −=−+−
2
1
2
22121 ρVv2
1ρVv
2
1ρVgyρVgyVPVP −=−+−
Si applica al moto stazionario di un fluido perfetto
2
1
2
22121 v2
1v
2
1gygyPP ρρρρ −−−−====−−−−++++−−−−
2
222
2
111 v2
1gyPv
2
1gyP ρρρρ ++++++++====++++++++
cost.ρv2
1ρgyP 2 =++
Teorema di BernoulliTeorema di Bernoulli
cost.2g
v
ρg
Py
2
=++
2
1
2
22121ρVv
2
1ρVv
2
1ρVgyρVgyVPVP −=−+−
cost.ρv2
1ρgyP 2 =++
21 yy =
21 AA >>>>
)vρ(v2
1PP ρv
2
1Pρv
2
1P 2
1
2
221
2
22
2
11 −=−+=+
21 vv <<<<21 PP >>>>
Aneurisma, stenosi:
2y111 P,v,A 222 P,v,A
1y
Applicazione: Tubo di Venturi
2
1
2
2
2
2
2
11211
AA
AA
ρ
PP2vAQ
−
−==
Portata nel tubo di Venturi
2211 vAvAQ ==2
112
A
Avv =
2
2
2
12
12
2
11A
Aρv
2
1Pρv
2
1P +=+
Dal teorema di Bernoulli:
122
2
2
12
1 P-PA
A1ρv
2
1=
−
( )2
1
2
2
2
212
2
1AA
AP-Pρv
2
1
−=
2y111 P,v,A 222 P,v,A
1y
Il volo
Dal teorema di Bernoulli:
cost.ρv2
1ρgyP 2 =++
ba yy =
Dall’equazione di continuità:
ba vv >
ab PP >
Portanza: )P-P(AF abL =
va,pa
vb, Pb
va, Pa
TEOREMA DI TORRICELLI
h
0y2 ====
hy1 ====0v1 ≅
2v
01 PP ====
02 PP ====
2g
v
ρg
P
ρg
Ph
2
200 +=+ gh2v2 ====
2m
sN
VISCOSITAVISCOSITA’’
Coefficiente Coefficiente
didi
viscositviscositàà Av
Fd
dv
AF
η ==22 m
Ns0.1poise
cm
s dine =≡
tvx ∆∆∆∆∆∆∆∆ =
d
vF
Regime di moto laminare
d
vηAF =Formula di Newton
Fluido T (ºC)Viscosità
ηηηη (Ns/m2)
Viscosità
mP
Acqua 100 0.3x10-3 3
Acqua 20 1.0x10-3 10
Sangue 37 2.7x10-3 27
Olio per
motore30 250x10-3 2500
Glicerina 20 830x10-3 8300
ViscositViscositàà
Per i liquidi, η diminuisce rapidamente al crescere della temperatura.
Per quasi tutti i liquidi (l’acqua è un’eccezione), η aumenta al crescere della pressione.
Legge di PoiseuilleLegge di Poiseuille
r
l
1P 2P
( )21
4
8PP
l
rQ −=
η
π
vr
12 PP <<<<
La portata di un liquido viscoso in un condotto La portata di un liquido viscoso in un condotto
orizzontale di lunghezza l e raggio r orizzontale di lunghezza l e raggio r èè proporzionaleproporzionale
alla differenza di pressione agli estremialla differenza di pressione agli estremi
Moto turbolentoMoto turbolento
R R èè il numero di Reynoldsil numero di Reynolds
R R ≅≅≅≅≅≅≅≅ 1200 per condotti di1200 per condotti di
forma regolareforma regolare
fluido del densità ρ ≡
condotto del raggio r ≡
fluido del viscositàη ≡
Acqua a 20°C:r
/sm 0.0012
r
1
1000
1011200v
23
c =×××
=−
Gomiti o strozzature nel condotto R < 1200
Il passaggio dal moto laminare a quello Il passaggio dal moto laminare a quello
turbolento avviene quando il liquido turbolento avviene quando il liquido
raggiunge una raggiunge una velocitvelocitàà critica vcritica vcc
ρr
Rηvc =
Regime laminareRegime laminare
r
l
1P 2Pvr
12 PP <<<<
Regime turbolentoRegime turbolento
r
l
1P 2P
12 PP <<<<
( )21
4
8PP
l
rQ −=
η
π
Formula di Poiseuille La portata è minore di quella
prevista dalla formula di Poiseuille
(la resistenza del condotto
R = ∆P/Q è maggiore)
0
20
40
60
80
100
120
VeneCapillariArterioleArterie
Pre
ssio
ne (
mm
di H
g)
Soggetto in
posizione orizzontale
AORTAVENA CAVA
SISTEMA VENOSO ARTERIOLE ARTERIE
Circolazione sanguigna
AORTAVENA CAVA
SISTEMA VENOSO ARTERIOLE ARTERIE
L = F l = pSl = pV L’ = p’V
L + L’ = (p + p’)V =
= (100 + 25)mmHg × 105 Pa/760mmHg × 0.005m3 = 82J (in un minuto)
P = 82J/60s = 1.4W potenza media (stimata)
FV
S
l
FV
S
Potenza cardiacaPotenza cardiaca
Resistenza di un condotto:
Q
∆PR =
Moto laminareMoto laminare
( )21
4
8PP
l
rQ −=
η
π
Formula di Poiseuille
4
8
r
lR
π
η=
1R2R
Condotti in serieCondotti in serie
321T R
1
R
1
R
1
R
1++=
Condotti in paralleloCondotti in parallelo
1R
2R
3R
QR∆P T=
QRQR∆P∆P∆P 2121 +=+=
21T RRR +=
321 QQQQ ++=
∆P
)QQ(Q
∆P
Q
R
1 321
T
++==
...R
1
R
1
R
1
R
1
321s.a.
+++= R1≅ R2≅ R3… ≅ Raa
as.a.
a
a
s.a. N
RR
R
N
R
1==
c
cs.c.
N
RR =Analogamente: Sebbene Rc > Ra, Rs.c. < Rs.a. poiché Nc >> Na