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Pressione idrostatica: definizione, caratteristiche e formule

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Per pressione idrostatica intendiamo quella forza esercitata da un fluido in quiete sull’unità di superficie con cui è a contatto normalmente a essa.

Il concetto di pressione è strettamente correlato allo studio dei fluidi; il valore della pressione dipende esclusivamente dalla densità del fluido e dall’affondamento del punto considerato dal pelo libero o, in linea più generale, dal piano dei carichi idrostatici (secondo la legge di Stevino).

In questa guida ripartiremo dalla definizione di densità ed esamineremo tutto ciò che riguarda la formula della pressione, analizzando le principali proprietà nel contesto dei fluidi.

Se sei pronto, iniziamo subito.

Quello che devi sapere sulla pressione idrostatica e la meccanica dei fluidi

In fisica si definisce pressione quella grandezza che misura l’azione di una forza, esercitata su una superficie, rispetto all’unità di superficie su cui viene esercitata. Vediamo ora una serie di informazioni utili sulla pressione dell’acqua, dalle formule al calcolo della pressione idrostatica.

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Densità: una definizione

Prima di dare una definizione di pressione più precisa, facciamo un passo indietro e iniziamo dal concetto di densità. Per densità intendiamo il rapporto fra la massa e il volume. L’unità di misura della densità è il chilogrammo al metro cubo (Kg/m3).

Si definisce Peso Specifico di un corpo il rapporto tra il peso P ed il volume V del corpo:

ps = P / V

Partendo dal presupposto che tra il peso e la massa esiste la relazione P = m*g, possiamo determinare il legame esistente tra densità e peso specifico:

ps = P / V

ps = m*g / V

ps = g * m / V

ps = g * d

Nel caso in cui si ha il peso specifico di un corpo, la densità la determiniamo con la relazione inversa: d = ps / g

La pressione: formula e calcolo

Passiamo ora al concetto di pressione idrostatica; la formula della pressione può essere sintetizzata con:

p = ρgh

In cui:

  • p è la pressione statica (Pa)
  • ρ (rho) è la densità del fluido (gas o liquido) (Kg/m3)
  • g è l’accelerazione di gravità (nel caso della terra: 9,81 m/s2)
  • h è l’altezza del punto considerato (m)

Basandosi su quanto enunciato da Stevino, e ancor prima di Galileo, ricordiamo il principio dei vasi comunicanti: in recipienti (vasi) collegati tra loro (comunicanti), contenenti lo stesso liquido in quiete, il livello della superficie libera è uguale, indipendentemente dalla forma dei contenitori.

Da ciò ne consegue la presenza di superfici isobare, cioè a pressione costante, orizzontali. L’andamento delle pressioni è detto “triangolare” perché, essendo la pressione direttamente proporzionale all’affondamento del punto, si ha un aumento costante e lineare del valore della pressione.

Se volessimo porre questo andamento in un sistema di assi cartesiani, dovremmo tracciare una retta che forma un angolo con la direzione positiva dell’asse delle ascisse che rappresenta la densità del liquido (all’aumentare della densità aumenta l’inclinazione della retta e quindi a variazioni uguali di affondamento si hanno aumenti di pressione maggiori).

Nell’eventualità in cui ci siano due o più fluidi non miscibili e con densità differenti, la pressione idrostatica è data dalla somma delle pressioni provocate dai diversi fluidi.

Proviamo a formulare un esempio: la pressione assoluta applicata al fondo di un recipiente pieno d’acqua a contatto con l’atmosfera rappresenta la somma della pressione atmosferica e della pressione relativa all’acqua presente nel recipiente. In tal caso si possono considerare separatamente gli effetti dei due fluidi o si può immaginare la superficie come sottoposta alla pressione di un solo fluido (considerando in essa anche la pressione dell’altro fluido rapportata al primo).

Nell’esempio che abbiamo fatto, partendo dall’assunto che l’atmosfera terrestre provoca una pressione pari a circa 10,33 metri di colonna d’acqua, possiamo sommare all’affondamento del punto questa quota calcolando la pressione assoluta nel punto preso in considerazione.

Studio della pressione in fisica: corsi di laurea Unicusano

Tematiche afferenti alla fisica come la pressione idrostatica, il teorema di Torricelli e il teorema di Bernoulli sono trattate in alcuni dei corsi di laurea Unicusano.

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