Di Kevin Beck | Aggiornato il 24 marzo 2022
Quando pensiamo a un liquido, spesso immaginiamo l'acqua in un bicchiere, un ruscello in un fiume o la superficie liscia di uno stagno. Tuttavia, l’esperienza quotidiana di un liquido non cattura il quadro scientifico completo. Di seguito, approfondiamo ciò che rende una sostanza un liquido, come si comporta e perché i liquidi sono importanti:dall'ingegneria alla biologia umana.
Tutta la materia esiste in uno dei tre stati primari. I solidi sono costituiti da particelle fitte e disposte regolarmente che vibrano sul posto. I gas hanno particelle ampiamente distanziate che si muovono liberamente e occupano qualsiasi volume disponibile. I liquidi si collocano tra questi estremi:le loro particelle sono vicine tra loro ma non hanno una forma fissa, consentendo loro di fluire e conformarsi ai loro contenitori.
In fisica, un fluido si riferisce a qualsiasi sostanza che non può resistere alla deformazione. Questo termine generico comprende sia i liquidi che i gas. I fluidi possono essere descritti dalle stesse equazioni fondamentali, in particolare le equazioni di Navier-Stokes, indipendentemente dal fatto che la sostanza sia acqua o aria. Questo trattamento unificato spiega perché un maratoneta deve gestire la perdita di liquidi con la stessa attenzione con cui un pilota di aereo gestisce il flusso d'aria.
I fluidi sono caratterizzati da tre grandi categorie di proprietà:
Queste proprietà governano tutto, dal modo in cui una goccia di petrolio si diffonde su una superficie al modo in cui l'aria scorre attorno all'ala di un aereo.
L’acqua e l’aria dominano le discussioni quotidiane sui fluidi, ma una varietà di altri liquidi – petrolio, benzina, cherosene, solventi e persino bevande – svolgono un ruolo fondamentale nell’industria e nella comodità quotidiana. Molti di questi liquidi sono pericolosi; una corretta conservazione è essenziale per prevenire l'ingestione o l'esposizione accidentale.
Nel corpo umano i liquidi sono essenziali. Sebbene il sangue contenga solidi (cellule e proteine), la sua componente plasmatica si comporta come un liquido. Una corretta idratazione è vitale per le prestazioni atletiche, ma molti atleti soffrono ancora di disidratazione nonostante i frequenti rifornimenti.
La meccanica dei fluidi studia il modo in cui i fluidi si muovono e interagiscono con il loro ambiente. A differenza dei solidi, i fluidi possono tagliarsi – strati di fluido scivolano uno accanto all’altro – creando fenomeni come vortici e turbolenze. Lo sforzo di taglio τ viene calcolato come:
τ =μ(du/dy)
dove μ è la viscosità dinamica e du/dy è il gradiente di velocità.
Due forze critiche in aerodinamica e idrodinamica sono la resistenza e la portanza:
Ecco, ρ è la densità del fluido, A è l'area della sezione trasversale, v è la velocità e C_D o C_L sono costanti dipendenti dalla forma.
L’acqua costituisce circa il 60% del peso corporeo di un adulto. Due terzi di questo – circa il 40% del peso corporeo totale – sono liquidi intracellulari; il restante terzo è liquido extracellulare. Il plasma sanguigno, che è la parte liquida del sangue, rappresenta circa un quarto del fluido extracellulare, ovvero il 5% del peso corporeo totale.
Per un individuo di 70 kg (154 libbre):
Questi calcoli illustrano l'importanza di mantenere l'equilibrio dei liquidi per la salute e le prestazioni.
