Un liquido nella cannuccia, pressione dell'aria, pressione su liquido

Puoi vedere con un semplice esperimento la pressione dell’aria su un liquido nella cannuccia. Verificherai che l’aria esercita la sua pressione solo sulla superficie esposta. Ciò vale a dire che una bibita è soggetta alla pressione atmosferica solo sulla superficie che non è a contatto con le pareti.

Possiamo quindi dire che:

“La pressione atmosferica agisce sulla porzione della superficie di un fluido che non è a contatto con il recipiente”.

Per verificarlo ti occorrono poche cose. Devi procurarti un bicchiere, un succo di frutta o un po’ di coca cola o un altro tipo di bibita purché non sia trasparente e una cannuccia trasparente.

Versa la bibita nel bicchiere e con la cannuccia aspira un po’ di liquido. Tappa con un dito la parte superiore della cannuccia e poi estraila dal bicchiere. Vedrai che la bibita non cade nel bicchiere . Ciò perché la pressione atmosferica, che in questo caso agisce solo dal basso verso l’alto, la mantiene all’interno della cannuccia. (lettera a della foto)

Se togli il dito, però, la bibita scende dalla cannuccia nel bicchiere.

Questo accade perché ora la pressione dell’aria agisce anche al di sopra del liquido contenuto nella cannuccia (lettera b della foto).

La cannuccia è aperta sia in basso che in alto e quindi il liquido in essa contenuto subisce, sulla direzione verticale, l’azione di tre forze:

il suo peso P, la forza dovuta alla pressione sulla base F_b, la forza dovuta alla pressione sulla sommità Fs. F_b e Fs sono di modulo uguale e con verso opposto, per cui si bilanciano e quindi il fluido è sottoposto all’azione del proprio peso che lo fa scorrere verso il basso.

Se l’estremità superiore è chiusa allora Fs avrà un modulo inferiore rispetto ad F_b, perchè sarà dovuta solo all’aria eventualmente contenuta al di sopra del fluido. Se la cannuccia è completamente piena Fs sarà nulla e il fluido è sottoposto a due sole forze sull’asse verticale: P ed F_b. Ma se l’altezza del fluido è tale che il suo peso P è inferiore alla forza di pressione F_b allora il fluido resta all’interno della cannuccia.

In caso di presenza di aria inizialmente essa eserciterà una pressione uguale a quella atmosferica. In questo caso il fluido inizierà a scorrere (e quindi una parte del fluido cadrà) diminuendo il peso P del fluido contenuto. Ma in conseguenza di questo scorrimento l’aria nella cannuccia si espande e di conseguenza la pressione interna diminuisce e quindi Fs diminuisce. Ad un certo punto i moduli di P ed Fs si riducono fino a che la loro somma eguaglia il modulo di F_b e quindi il fluido si trova in equilibrio fermo all’interno della cannuccia.