2.8 Condizioni di equilibrio in un liquido

Premessa

Consideriamo un recipiente, per semplicità cilindrico, contenente acqua fino ad un’altezza h.
Se è appoggiato sul tavolo e in quiete, osserviamo che la superficie libera del liquido è orizzontale e parallela alla base del recipiente. Se incliniamo il recipiente notiamo che la superficie libera del liquido è sempre orizzontale, anche se non è più parallela alla base (fig.2.37).

fig.2.37

Il liquido è soggetto alla forza di gravità e vincolato dalle pareti e dal fondo a rimanere nell’interno del recipiente. In condizioni di equilibrio la componente della forza peso in direzione tangente alla superficie libera deve essere nulla e quindi la superficie è orizzontale.
Possiamo esercitare una forza in un punto di un liquido, come avviene con i corpi solidi, siano essi rigidi o no? L’esperienza ci insegna che, se vogliamo esercitare una forza su un liquido, questa deve essere trasmessa mediante uno stantuffo.
Un esempio tristemente noto a tutti è l’uso di una siringa per le iniezioni. Il liquido è contenuto nella siringa e per farlo uscire si esercita una forza sullo stantuffo.

Se lo stantuffo ha una superficie S, la forza non agisce in un punto, ma viene "distribuita" su questa superficie. Si definisce così una nuova grandezza fisica p=F/S, che rappresenta la forza esercitata sull’unità di superficie, e che prende il nome di pressione. Se la forza si misura in Kgp e la superficie in cm2, la pressione si misura in Kgp/cm2.

Nel SI l' unità di misura della pressione è il Newton/m2 che prende il nome di Pascal (Pa).

E così avviene quando il meccanico solleva un’automobile facendo uso di un torchio idraulico.
Il torchio idraulico è un apparecchio progettato per amplificare l’effetto di una forza, usando come intermediario un liquido (generalmente acqua o olio), praticamente incompressibile, cioè che compresso non diminuisce di volume, come accade invece, per esempio, ad una palla di neve se la stringiamo fra le mani. Schematicamente è costituito da due pistoni, uno grande e uno piccolo, disposti come in figura (fig.2.38).

fig.2.38

Quando si esercita una forza F1 sul primo pistone di superficie S1, questo si abbassa di un tratto l1. Poiché il liquido è incompressibile il liquido di volume S1l1 si trasferisce, sollevando il secondo di un tratto l2=S1l1/S2. In condizioni di equilibrio si ha F1/S1=F2/S2 , quindi F2/F1=S2/S1.
Il torchio idraulico si comporta come una leva vantaggiosa il cui vantaggio dipende dal rapporto fra le superfici degli stantuffi. Questo spiega come fa il meccanico a sollevare l’automobile innalzando il pistone, ma esistono anche altre numerose e ancor più vantaggiose applicazioni di questo dispositivo.