14-04-2025 - Physics - Fluid statics and dynamics [EN]-[IT]

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ENGLISH

14-04-2025 - Physics - Fluid statics and dynamics [EN]-[IT]
With this post I would like to give a brief instruction about the topic mentioned in the subject
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Fluid statics and dynamics

image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Introduction
In this article today I will briefly talk about fluid statics and fluid dynamics. If we wanted to summarize the two concepts we could say the following. Fluid statics is a branch of fluid dynamics that studies fluids at rest, while fluid dynamics studies the behavior of fluids in motion. Remember that in physics, any type of liquid or gas is called a fluid.

Fluid statics
Fluid statics is also called hydrostatics, and as we said, it is a branch of mechanics that analyzes fluids that are at rest.
We can add the following. Hydrostatics, together with Stevino's law, is governed by two other fundamental principles: Pascal's principle and Archimedes' principle.

Pascal's Principle
Pascal's principle is applicable to everyday life as we find it in many situations of daily use. According to the French mathematician and philosopher, if pressure is exerted on a fluid, the latter is transmitted with equal intensity in all directions
Mathematically it is expressed as follows:

Where:
F1​ and F2 are the forces applied on two different surfaces of the fluid.
A1 and A2 are the respective areas of the surfaces

Archimedes' Principle
Archimedes' principle is best known as the basis of the theory of buoyancy.
It is said that this principle was developed by Archimedes during his immersion in a bathtub. He entered the bathtub and when he immersed himself he noticed that the water level rose. This happens because a volume of water equal to the volume of our body is displaced.
To summarize the Archimedes principle technically states the following:
A body immersed in a fluid receives an upward thrust equal to the weight of the displaced fluid.
The formula for Archimedes' Principle is as follows:

Where:
Fa = Archimedean thrust (in newtons, N)
ρf​ = density of the fluid (kg/m³)
g = gravitational acceleration (about 9.81 m/s²)
V = volume of the displaced fluid (m³), which corresponds to the immersed volume of the body

Torricelli's barometer
When we talk about fluid statics, it is also good to mention Torricelli. Torricelli's barometer was actually a fundamental experiment in fluid statics. In fact, for the first time in the world the existence of atmospheric pressure has been demonstrated with unequivocal certainty. With his experiment Torricelli not only proved the existence of atmospheric pressure, but also introduced the concept of vacuum. This experiment laid the foundations of modern barometers.
The standard atmospheric pressure at sea level is:

Fluid dynamics
Those in the field of industrial design know how difficult it is to describe or predict the motion of a fluid. Usually, to study the dynamics of fluid motion, one starts from the study of simpler and more ideal systems.
These studies are carried out and thinking of an ideal fluid, which is incompressible and therefore with homogeneous density.
To describe the motion of an ideal fluid, there are two approaches, the Lagrangian and the Eulerian.
In the Lagrangian method, the movement of individual fluid particles is followed over time. With this method, the trajectory of specific fluid particles can be easily traced.
In the Eulerian method, the fluid is observed from a fixed point in space. In this way, the properties of the fluid are analyzed and it is noted how they can change over time at that specific point. This method is usually used to analyze complex flows.

Stationary motion
When we study fluids, we can say that we are faced with a stationary motion when we have a type of flow in which the properties of the fluid at every point in space do not change over time.
We can summarize this concept in simpler words, saying that in a stationary flow the speed, pressure, density and other quantities of the fluid remain constant over time at every point.

Flow rate
In fluid dynamics we cannot help but talk about flow rate. Flow rate represents the quantity of fluid that passes through a section in a certain time interval. It essentially indicates how much fluid passes inside a tube every second. The formula for volumetric flow rate is expressed below.

or, if the fluid flows with speed 𝑣 in a section of area A we will have the following formula:

Conclusions
Fluid dynamics is crucial in many sectors, since helps to understand and optimize the behavior of fluids in motion. It is studied and analyzed in civil engineering, environmental engineering, oil industry and chemical industry

Question
If we press on a piston connected to a fluid, the pressure is transmitted instantaneously throughout the liquid, did you know that the first to identify this physical phenomenon was the French physicist Blaise Pascal in 1647?

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ITALIAN

14-04-2025 - Fisica - Statica e dinamica dei fluidi [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(code notes: X_69-68)

Statica e dinamica dei fluidi

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Introduzione
In questo articolo di oggi parlerò brevemente della statica dei fluidi e della dinamica dei fluidi. Se volessimo sintetizzare i due concetti potremmo dire quanto segue. La statica dei fluidi è una branca della fluidodinamica che studia i fluidi in stato di quiete mentre la dinamica dei fluidi studia il comportamento dei fluidi in movimento. Si ricorda che in fisica viene chiamato fluido un qualsiasi tipo di liquido o di gas.

La statica dei fluidi
La statica dei fluidi viene anche chiamata idrostatica, e come abbiamo detto è una branca della meccanica che analizza i fluidi che si trovano in stato di quiete.
Possiamo aggiungere quanto segue. L’idrostatica, insieme alla legge di Stevino, è regolata da altri due principi fondamentali: il principio di Pascal ed il principio di Archimede.

Principio di Pascal
Il principio di Pascal è applicabile alla vita di tutti i giorni in quanto lo ritroviamo in numerose situazioni di uso quotidiano.Secondo il matematico e filosofo francese se su un fluido viene esercitata una pressione, quest’ultima si trasmette con uguale intensità in tutte le direzioni
Matematicamente vie espresso come segue:

Dove:
F1​ e F2 sono le forze applicate su due superfici diverse del fluido.
A1 e A2 sono le rispettive aree delle superfici

Principio di Archimede
Il principio di Archimede è noto soprattutto come la base della teoria del galleggiamento.
Si narra che questo principio fu elaborato da Archimede durante una sua immersione in vasca da bagno. Egli entrò nella vasca da bagno e nel momento in cui si immerse notó che il livello dell’acqua salì. Questo accade perché viene spostato un volume d’acqua pari al volume del nostro corpo.
RIcapitolando il principio di Archimede tecnicamente dice afferma quanto segue:
Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l’alto pari al peso del fluido spostato.
LA formula del Principio di Archimede è la seguente:

Dove:
Fa = spinta di Archimede (in newton, N)
ρf​ = densità del fluido (kg/m³)
g = accelerazione gravitazionale (circa 9.81 m/s²)
V = volume del fluido spostato (m³), che corrisponde al volume immerso del corpo

Il barometro di Torricelli
Quando parliamo di statica dei fluidi, è bene menzionare anche Torricelli. Il barometro di Torricelli è stato effettivamente un esperimento fondamentale nella statica dei fluidi. Infatti, per la prima volta al mondo è stata dimostrata con certezza inequivocabile l’esistenza della pressione atmosferica. Con il suo esperimento Torricelli ha provato non solo l’esistenza della pressione atmosferica, ma ha anche introdotto il concetto di vuoto. Questo esperimento ha gettato le basi dei barometri moderni.
La pressione atmosferica standard al livello del mare vale:

Dinamica dei fluidi
Chi è nel campo della progettazione industriale sa bene quanto sia difficile descrivere o prevedere l’andamento del moto di un fluido.solitamente per studiare la dinamica dei fluidi movimento si parte dallo studio di sistemi più semplici ed ideali.
Questi studi vengono effettuati e pensando ad un fluido ideale, il quale è incomprimibile e quindi con densità omogenea.
Per descrivere il moto di un fluido ideale, esistono due approcci, il Lagrangiano e l’Euleriano.
Nel metodo Lagrangiano si segue il movimento di singole particelle di fluido nel tempo. Con questo metodo si può facilmente tracciare la traiettoria di specifiche particelle fluide.
Nel metodo Euleriano si osserva il fluido da un punto fisso nello spazio.in questa maniera si analizzano le proprietà del fluido e si nota come possano cambiare nel tempo in quel determinato punto. Solitamente questo metodo viene usato per analizzare flussi complessi.

Moto stazionario
Quando studiamo i fluidi, possiamo dire che siamo davanti ad un moto stazionario quando abbiamo un tipo di flusso in cui le proprietà del fluido in ogni punto dello spazio non cambiano nel tempo.
Possiamo sintetizzare questo concetto in parole più semplici, dicendo che in un flusso stazionario la velocità, la pressione, la densità e altri grandezze del fluido restano costanti nel tempo in ogni punto.

La portata
nella dinamica dei fluidi non si può fare a meno di parlare della portata.la portata rappresenta la quantità di fluido che attraversa una sezione in un certo intervallo di tempo. Sostanzialmente indica quanto fluido passa all’interno di un tubo ogni secondo. Qui di seguito è espressa la formula della portata volumica.

oppure, se il fluido scorre con velocità 𝑣 in una sezione di area A avremo la seguente formula:

Conclusioni
La dinamica dei fluidi è cruciale in molti settori, poiché aiuta a comprendere e ottimizzare il comportamento dei fluidi in movimento. Essa è studiata e analizzata in ingegneria civile, ingegneria ambientale, industria petrolifera e in industria chimica

Domanda
Se andiamo a premere su un pistone collegato a un fluido, la pressione si trasmette istantaneamente in tutto il liquido, lo sapevate che il primo ad individuare questo fenomeno fisico fu il fisico francese Blaise Pascal nel 1647?

THE END