La Fisica (dal latino physica, “natura” a sua volta derivante dal greco (τὰ) φυσικά (tà, physiká), “(le) cose naturali”, nato da φύσις (phýsis), entrambi derivati dall’origine comune indoeuropea) è la scienza che ha per oggetto di studio i fenomeni naturali e per scopo l’enunciazione delle loro leggi generali applicando il metodo scientifico.
Originariamente branca della Filosofia, la Fisica veniva chiamata filosofia naturale almeno fino al XVIII secolo; solo in seguito alla codifica del metodo scientifico di Galileo Galilei, e grazie ai continui sviluppi e scoperte in campo scientifico, il termine “fisica” si è distinto definitivamente da quello di filosofia.
Nell’ambito dei fenomeni di trasporto nelle sostanze fluide, si definisce strato limite (in inglese boundary layer) quella superficie che delimita una zona all’interno di un fluido adiacente ad una regione di separazione tra due fasi, in corrispondenza della quale si ha una brusca variazione di una grandezza fisica, che può essere la velocità, la temperatura, …
La diffusività termica \(\alpha\) è una caratteristica “interna” (o intrinseca) di un corpo materiale, che indica la rapidità nel seguire le variazioni di temperatura a fronte di una somministrazione di energia termica. È particolarmente utile per descrivere la propagazione di un campo termico in condizioni non stazionarie. Si calcola con la seguente espressione: \[\alpha =\dfrac{k}{\rho C_p}=\left[\dfrac{m^2}{s}\right]\] dove: …
La viscosità (\(\mu\)) è quella proprietà della materia, che si riscontra particolarmente nei fenomeni di trasporto di un fluido, ossia allorquando le sue particelle incontrano resistenza nello scorrere le une rispetto alle altre. Alla viscosità solitamente si associa l’idea di dissipazione di energia meccanica o, meglio, di conversione di energia meccanica in calore. Dal punto di vista …
I fluidi costituiscono due dei tre principali stati di aggregazione della materia. Si definiscono fluidi tutti quei corpi materiali che, a causa della mobilità delle particelle che lo compongono, può subire delle grandi variazioni di forma sotto l’azione di forze di minima entità. In particolare, un fluido in quiete non oppone alcuna resistenza ai cambiamenti di forma. …
Per gradi di libertà di un sistema si intende il numero minimo di parametri che occorre in qualche modo fissare per poterne definire in modo inequivocabile la posizione. Se si ha a che fare con un corpo rigido mobile su un piano (il che vuol dire che si ipotizza che non se ne possa allontanare) la sua …
In Meccanica dei fluidi, si definiscono linee di emissione (o linee di flusso) quelle traiettorie occupate dalle particelle di fluido in moto in una condotta. Definiscono la posizione che in un determinato istante occupano le particelle passate in precedenza, per un fissato punto del campo di moto. Sono anche dette linee di fumo perché corrispondono …
Per definire il concetto di tubo di flusso si consideri una qualsiasi linea chiusa che non sia una linea di flusso. Immaginando di tracciare tutte le linee di flusso che passano per tutti i punti della suddetta linea chiusa, si verrà così a formare una superficie tubolare che non verrà attraversata dal fluido nell’istante considerato. …
Il numero di Reynolds è un parametro adimensionale che rappresenta la contrapposizione tra la forza d’inerzia legata all’aumento di massa del fluido all’interno dello strato limite meccanico e la forza viscosa che tende a controllare il moto. Il moto dei fluidi si distingue in due tipologie principali: moto laminare e moto turbolento, la transizione del moto da …
Il numero di Prandtl è un numero adimensionale che esprime il rapporto tra la diffusività cinematica e la diffusività termica, per un fluidoviscoso. In altre parole permette di valutare l’ampiezza della zona di un fluido perturbata meccanicamente, rispetto alla zona perturbata termicamente e pertanto, comprendere l’importanza relativa tra l’influenza dell’azione meccanica rispetto a quella termica. Il numero …
Il numero di Mach (Ma) è un numero adimensionale definito come il rapporto tra una velocità e la velocità del suono nel fluido considerato: \[Ma = \frac {v_o}{v_s}\] in cui: \(v_o\) è la velocità del corpo; \(v_s\) è la velocità del suono nel fluido considerato. Permette di stabilire quanto siano importanti gli effetti di comprimibilità del fluido …
Il numero di Biot (Bi), introdotto da Jean-Baptiste Biot (1774 – 1862), rientra tra i gruppi adimensionali usati in fluidodinamica. Il suo valore è dato dal rapporto tra la resistenza termica interna del sistema e quella tra la superficie esterna del sistema ed il mezzo circostante. In altre parole il numero di Biot rappresenta il rapporto tra …
Il numero di Grashof (Gr, da Franz Grashof) è un parametro adimensionale che a differenza del numero di Rayleigh, contiene informazioni di sola natura meccanica. Esso contrappone alla forza di galleggiamento gli effetti esclusivi della viscosità: \[Gr=\dfrac{F_g}{(F_v)^2}\] una volta che il moto si è innescato (Ra > 1708) per capire se il moto è laminare oppure turbolento …
Il numero di Froude (Fr) è un numero adimensionale che mette in relazione la forza d’inerzia e la forza peso. Deve il suo nome a quello dell’ingegnere idrodinamico ed architetto navale inglese William Froude (1810 – 1879). Il numero di Froude ha un importante significato cinematico in quanto a seconda del valore che esso assume una corrente …
Il numero di Nusselt (Nu, da Kraft Ernst Wilhelm Nusselt) rappresenta il rapporto tra lo scambio termico per convezione e quello per conduzione in uno strato di fluido. In altre parole rappresenta l’incremento della potenza termica trasmessa per convezione attraverso uno strato di fluido rispetto a quella trasmessa per conduzione attraverso lo stesso strato. Questo parametro è …
Il numero di Rayleigh è un parametro adimensionale (prende il nome da John William Strutt Rayleigh) che descrive il comportamento dei fluidi (come l’acqua o l’aria) quando la densità di massa del fluido non è uniforme. Esprime il rapporto tra tutte le azioni che contribuiscono positivamente al moto in un fluido (forza di galleggiamento \(F_g\)) …
