M00.10 – Meccanica dei fluidi e principi fondamentali dell'atmosfera¶
1. Obiettivi della lezione¶
Al termine di questa lezione sarai in grado di:
- comprendere che cosa sono i fluidi;
- distinguere liquidi e gas;
- definire la pressione e utilizzare le relative unità di misura;
- comprendere il significato della pressione atmosferica;
- conoscere il principio di Pascal;
- conoscere il principio di Archimede;
- comprendere il concetto di equilibrio idrostatico;
- collegare pressione, temperatura e densità;
- comprendere il significato di portata e velocità di un fluido;
- interpretare il ruolo dei gradienti di pressione nella formazione del vento;
- applicare le principali formule attraverso esercizi numerici.
2. Che cosa sono i fluidi¶
Un fluido è una sostanza che può deformarsi continuamente quando viene sottoposta a uno sforzo tangenziale, anche se questo è molto piccolo.
I fluidi comprendono:
- liquidi;
- gas.
I liquidi possiedono generalmente un volume definito, ma assumono la forma del recipiente che li contiene.
I gas non possiedono né forma né volume definiti e tendono a occupare tutto lo spazio disponibile.
L'acqua e l'aria sono due esempi di fluidi.
2.1 I fluidi in meteorologia¶
L'atmosfera è costituita prevalentemente da gas e si comporta quindi come un fluido comprimibile.
L'acqua presente nei mari, nei laghi e nei fiumi è invece un fluido liquido, generalmente considerato poco comprimibile nelle normali applicazioni meteorologiche.
L'atmosfera è continuamente interessata da movimenti:
- verticali, come le correnti ascendenti e discendenti;
- orizzontali, come il vento;
- turbolenti, caratterizzati da movimenti irregolari e vorticosi.
La meccanica dei fluidi permette di studiare questi fenomeni.
3. La pressione¶
La pressione è il rapporto tra la forza perpendicolare applicata a una superficie e l'area della superficie stessa.
La formula è:
p = F / A
Dove:
- p = pressione;
- F = forza perpendicolare, espressa in newton (N);
- A = area, espressa in metri quadrati (m²).
Nel Sistema Internazionale la pressione si misura in pascal (Pa).
Un pascal corrisponde a un newton distribuito su un metro quadrato:
1 Pa = 1 N/m²
3.1 Esempio di calcolo¶
Una forza di 100 N agisce perpendicolarmente su una superficie di 2 m².
Calcolo:
p = 100 / 2
p = 50 Pa
La pressione esercitata è di 50 pascal.
3.2 Come varia la pressione¶
A parità di forza:
- se l'area aumenta, la pressione diminuisce;
- se l'area diminuisce, la pressione aumenta.
Esempio:
Una persona che indossa scarpe con suole molto strette esercita sul terreno una pressione maggiore rispetto alla stessa persona che indossa scarpe con una superficie di appoggio più ampia, a parità di peso e condizioni.
3.3 Unità di misura della pressione¶
Oltre al pascal, in meteorologia vengono utilizzate altre unità.
| Unità | Simbolo | Equivalenza |
|---|---|---|
| Pascal | Pa | 1 Pa |
| Ettopascal | hPa | 100 Pa |
| Kilopascal | kPa | 1000 Pa |
| Bar | bar | 100.000 Pa |
| Millibar | mbar | 100 Pa |
| Atmosfera standard | atm | 101.325 Pa |
| Millimetro di mercurio | mmHg | circa 133,322 Pa |
In meteorologia si utilizza principalmente l'ettopascal (hPa).
Il millibar (mbar) è numericamente equivalente all'ettopascal:
1 hPa = 1 mbar
4. La pressione atmosferica¶
L'atmosfera terrestre è composta da gas che possiedono massa.
La forza gravitazionale terrestre trattiene questi gas intorno al pianeta.
L'aria esercita quindi una pressione sulle superfici e sugli oggetti.
Questa pressione viene chiamata pressione atmosferica.
La pressione atmosferica dipende dal peso della colonna d'aria sovrastante, ma il suo valore locale è influenzato anche dalla distribuzione della massa atmosferica, dalla temperatura e dalla circolazione dell'aria.
4.1 Il valore della pressione atmosferica standard¶
Al livello del mare, in condizioni standard, si assume:
p = 1013,25 hPa
Questo valore corrisponde a:
- 101.325 Pa;
- 1013,25 hPa;
- 1 atm;
- 760 mmHg circa.
È un valore di riferimento, non una pressione che si verifica sempre nella realtà.
La pressione atmosferica varia continuamente a causa delle condizioni meteorologiche.
4.2 Perché non percepiamo normalmente la pressione atmosferica¶
Il nostro corpo è sottoposto alla pressione dell'aria esterna.
All'interno del corpo esistono pressioni che si oppongono a quella esterna.
In condizioni normali queste pressioni sono in equilibrio e non avvertiamo direttamente il peso dell'atmosfera.
Le variazioni di pressione possono invece essere percepite in alcune situazioni, per esempio durante un rapido cambiamento di quota o durante il decollo e l'atterraggio di un aereo.
4.3 Come varia la pressione con l'altitudine¶
Salendo di quota diminuisce la quantità di aria sovrastante.
Di conseguenza la pressione atmosferica diminuisce generalmente con l'altitudine.
Esempio indicativo:
| Quota | Pressione approssimativa |
|---|---|
| Livello del mare | 1013 hPa |
| 1000 m | 899 hPa |
| 2000 m | 795 hPa |
| 3000 m | 701 hPa |
| 5000 m | 540 hPa |
I valori sono indicativi e dipendono dalle condizioni atmosferiche e dalla temperatura.
La diminuzione della pressione non è lineare: varia con la quota e con la struttura termica dell'atmosfera.
4.4 Pressione assoluta e pressione relativa¶
La pressione assoluta è misurata rispetto al vuoto assoluto.
La pressione relativa, detta anche manometrica, è misurata rispetto alla pressione atmosferica locale.
La relazione è:
p assoluta = p atmosferica + p relativa
Se la pressione relativa è negativa, la pressione assoluta è inferiore a quella atmosferica.
Questa distinzione è importante quando si utilizzano strumenti per misurare la pressione di gas o liquidi.
5. Il barometro: lo strumento per misurare la pressione atmosferica¶
Il barometro è lo strumento utilizzato per misurare la pressione atmosferica.
Esistono diversi tipi di barometro.
5.1 Barometro a mercurio¶
Il barometro a mercurio utilizza una colonna di mercurio contenuta in un tubo capovolto, con l'estremità superiore chiusa.
L'altezza della colonna varia in funzione della pressione atmosferica.
Alla pressione standard la colonna raggiunge circa 760 mm.
Questo strumento ha avuto un ruolo storico fondamentale nello studio dell'atmosfera.
5.2 Barometro aneroide¶
Il barometro aneroide utilizza una capsula metallica parzialmente evacuata.
Le variazioni della pressione atmosferica provocano deformazioni della capsula, che vengono trasmesse a un sistema meccanico di indicazione.
5.3 Barometro digitale¶
I moderni strumenti elettronici utilizzano sensori di pressione.
Sono presenti in:
- stazioni meteorologiche;
- strumenti portatili;
- smartphone dotati di sensore barometrico;
- sistemi di misura professionali.
I sensori digitali consentono registrazioni automatiche e serie storiche della pressione.
5.4 Pressione misurata e pressione ridotta al livello del mare¶
La pressione misurata da una stazione in montagna è normalmente inferiore a quella misurata da una stazione al livello del mare.
Per confrontare le condizioni meteorologiche tra località poste a quote differenti, i meteorologi utilizzano spesso la pressione ridotta al livello del mare.
Questa è una pressione calcolata mediante una procedura di riduzione che tiene conto della quota e delle condizioni atmosferiche.
Non è semplicemente la pressione effettivamente misurata dallo strumento.
Le carte meteorologiche al suolo riportano frequentemente isobare riferite alla pressione ridotta al livello del mare.
6. Il principio di Pascal¶
Il principio di Pascal afferma che una variazione di pressione applicata a un fluido confinato si trasmette in tutte le direzioni attraverso il fluido e alle pareti del recipiente.
Il principio è utilizzato in numerose applicazioni tecniche.
6.1 Esempio: pressa idraulica¶
Una pressa idraulica è costituita da due pistoni collegati da un fluido.
Se si applica una forza su un pistone di piccola superficie, si genera una pressione che viene trasmessa al secondo pistone.
La pressione sui due pistoni, in condizioni ideali e alla stessa quota, è uguale.
La relazione è:
F1 / A1 = F2 / A2
Dove:
- F1 = forza applicata sul primo pistone;
- A1 = area del primo pistone;
- F2 = forza sul secondo pistone;
- A2 = area del secondo pistone.
6.2 Esempio numerico¶
Una pressa possiede:
- primo pistone: area 0,01 m²;
- secondo pistone: area 0,10 m²;
- forza applicata sul primo pistone: 100 N.
Calcolo:
F2 = F1 × A2 / A1
F2 = 100 × 0,10 / 0,01
F2 = 1000 N
La forza sul secondo pistone è idealmente pari a 1000 N.
Il principio di Pascal è importante per comprendere i sistemi idraulici, ma non deve essere confuso con le leggi che regolano direttamente la circolazione atmosferica.
7. Il principio di Archimede¶
Il principio di Archimede afferma che un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l'alto pari al peso del fluido spostato.
La formula è:
Fa = ρ × g × V
Dove:
- Fa = spinta di Archimede, in newton;
- ρ = densità del fluido, in kg/m³;
- g = accelerazione di gravità, in m/s²;
- V = volume di fluido spostato, in m³.
7.1 Esempio in acqua¶
Un corpo è completamente immerso in acqua e sposta un volume di 0,002 m³.
Assumiamo:
- densità dell'acqua = 1000 kg/m³;
- accelerazione di gravità = 9,81 m/s².
Calcolo:
Fa = 1000 × 9,81 × 0,002
Fa = 19,62 N
La spinta di Archimede è pari a 19,62 N.
7.2 Galleggiamento¶
Un corpo immerso in un fluido è soggetto principalmente a:
- peso, diretto verso il basso;
- spinta di Archimede, diretta verso l'alto.
Se il corpo galleggia in equilibrio, la spinta di Archimede bilancia il suo peso.
Se la spinta è inferiore al peso, il corpo tende ad affondare.
Se la spinta è superiore al peso, il corpo tende a salire finché non raggiunge una nuova condizione di equilibrio o la superficie.
7.3 Applicazione all'atmosfera¶
Anche l'aria è un fluido e può esercitare una spinta di galleggiamento su una massa d'aria immersa nell'ambiente circostante.
Una massa d'aria meno densa dell'ambiente tende a salire.
Una massa d'aria più densa dell'ambiente tende a scendere.
Questo comportamento è alla base di molti movimenti verticali atmosferici.
La spinta effettiva dipende dalla differenza di densità tra la massa d'aria e l'ambiente circostante.
8. La pressione nei fluidi in quiete¶
In un fluido fermo la pressione aumenta generalmente con la profondità.
Per un liquido di densità costante, la pressione idrostatica è:
p = ρ × g × h
Dove:
- p = pressione idrostatica;
- ρ = densità del liquido;
- g = accelerazione di gravità;
- h = profondità rispetto alla superficie.
Se si considera anche la pressione presente sulla superficie del liquido:
p assoluta = p superficie + ρ × g × h
8.1 Esempio numerico¶
Un punto si trova a 5 metri di profondità in acqua.
Assumiamo:
- densità dell'acqua = 1000 kg/m³;
- g = 9,81 m/s²;
- h = 5 m.
Calcolo della pressione idrostatica:
p = 1000 × 9,81 × 5
p = 49.050 Pa
La pressione dovuta alla colonna d'acqua è 49.050 Pa, cioè 49,05 kPa.
La pressione assoluta comprende anche quella esercitata dall'atmosfera sulla superficie.
8.2 Equilibrio idrostatico nell'atmosfera¶
Nell'atmosfera esiste un equilibrio fondamentale tra:
- forza dovuta alla gravità;
- gradiente verticale di pressione.
In condizioni di equilibrio idrostatico:
dp/dz = -ρ × g
Dove:
- p = pressione;
- z = quota crescente verso l'alto;
- ρ = densità dell'aria;
- g = accelerazione di gravità.
Il segno negativo indica che la pressione diminuisce quando la quota aumenta.
Questa relazione è una delle basi della meteorologia.
8.3 Interpretazione fisica¶
Immaginiamo una colonna verticale di aria.
Il peso dell'aria sovrastante esercita una forza verso il basso.
La pressione aumenta procedendo verso il basso e diminuisce salendo di quota.
La distribuzione verticale della pressione sostiene il peso della colonna atmosferica.
L'equilibrio idrostatico rappresenta una buona approssimazione per molti fenomeni atmosferici su larga scala.
Nei temporali intensi e in altri moti verticali molto rapidi possono diventare importanti anche le accelerazioni verticali.
9. Pressione, temperatura e densità dell'aria¶
Pressione, temperatura e densità sono grandezze strettamente collegate.
Per descrivere il comportamento dell'aria secca si utilizza spesso l'equazione dei gas perfetti nella forma:
p = ρ × Rd × T
Dove:
- p = pressione assoluta, in pascal;
- ρ = densità dell'aria, in kg/m³;
- Rd = costante specifica dell'aria secca, circa 287 J/(kg × K);
- T = temperatura assoluta, in kelvin.
La relazione può essere riscritta:
ρ = p / (Rd × T)
9.1 Esempio di calcolo della densità dell'aria¶
Consideriamo aria secca con:
- pressione = 101.325 Pa;
- temperatura = 20 °C = 293,15 K;
- Rd = 287 J/(kg × K).
Calcolo:
ρ = 101325 / (287 × 293,15)
ρ ≈ 1,20 kg/m³
La densità dell'aria è circa 1,20 kg/m³.
9.2 Che cosa accade quando l'aria si riscalda¶
Se una massa d'aria viene riscaldata a pressione costante:
- la temperatura aumenta;
- il volume tende ad aumentare;
- la densità diminuisce.
Se invece il volume rimane costante, l'aumento della temperatura determina un aumento della pressione.
È quindi importante specificare le condizioni nelle quali avviene il riscaldamento.
9.3 L'influenza dell'umidità¶
L'aria atmosferica non è composta soltanto da aria secca: contiene anche vapore acqueo.
A parità di pressione e temperatura, l'aria umida è generalmente meno densa dell'aria secca.
Questo avviene perché la massa molecolare media del vapore acqueo è inferiore a quella dell'aria secca.
L'umidità influenza quindi la densità dell'aria e i processi di galleggiamento atmosferico.
10. Portata e velocità di un fluido¶
Quando un fluido si muove attraverso un condotto o una sezione di passaggio, è possibile descriverne il movimento attraverso la portata.
La portata volumetrica indica il volume di fluido che attraversa una sezione nell'unità di tempo.
La formula è:
Qv = V / t
Dove:
- Qv = portata volumetrica, in m³/s;
- V = volume, in m³;
- t = tempo, in secondi.
Se il fluido attraversa una sezione con velocità media uniforme e perpendicolare alla sezione:
Qv = A × v
Dove:
- A = area della sezione, in m²;
- v = velocità media, in m/s.
10.1 Esempio¶
Un fluido attraversa una sezione di 0,5 m² con velocità media di 4 m/s.
Calcolo:
Qv = 0,5 × 4
Qv = 2 m³/s
La portata è di 2 metri cubi al secondo.
10.2 Equazione di continuità¶
Per un fluido incomprimibile in regime stazionario, la portata volumetrica si conserva.
La relazione è:
A1 × v1 = A2 × v2
Se la sezione di passaggio diminuisce, la velocità aumenta.
Questa relazione viene utilizzata per descrivere il flusso nei condotti.
Per i gas comprimibili, come l'aria atmosferica, occorre considerare anche le variazioni di densità.
11. Il gradiente di pressione¶
Il gradiente di pressione descrive quanto rapidamente la pressione cambia nello spazio.
In meteorologia è particolarmente importante il gradiente orizzontale di pressione.
Le differenze di pressione tra aree geografiche diverse contribuiscono a mettere in movimento l'aria.
La forza associata al gradiente di pressione tende ad accelerare l'aria dalle zone di pressione maggiore verso quelle di pressione minore.
11.1 Isobare¶
Le isobare sono linee tracciate sulle carte meteorologiche che uniscono punti con uguale pressione atmosferica.
Le isobare permettono di rappresentare la distribuzione orizzontale della pressione.
In una carta meteorologica:
- le aree di alta pressione sono associate agli anticicloni;
- le aree di bassa pressione sono associate alle depressioni o cicloni.
11.2 Distanza tra le isobare¶
La distanza tra le isobare fornisce un'indicazione del gradiente di pressione.
- Isobare ravvicinate: gradiente generalmente più intenso.
- Isobare distanziate: gradiente generalmente più debole.
A parità di altre condizioni, un gradiente di pressione più intenso produce una forza maggiore per unità di massa.
11.3 La forza del gradiente di pressione¶
La forza per unità di massa associata al gradiente di pressione è:
Fp = -(1/ρ) × grad(p)
Dove:
- Fp = accelerazione associata alla forza di gradiente di pressione;
- ρ = densità dell'aria;
- grad(p) = gradiente spaziale della pressione.
Il segno negativo indica che la forza è diretta verso pressioni più basse.
Questa relazione è un elemento fondamentale delle equazioni del moto atmosferico.
12. Come nasce il vento¶
Il vento è il movimento dell'aria rispetto alla superficie terrestre.
La forza del gradiente di pressione tende a mettere in movimento l'aria dalle zone di pressione maggiore verso quelle di pressione minore.
Tuttavia il vento atmosferico reale non dipende soltanto dal gradiente di pressione.
Intervengono anche:
- rotazione terrestre e forza di Coriolis;
- attrito con la superficie;
- curvatura delle traiettorie;
- turbolenza;
- caratteristiche del terreno;
- distribuzione verticale della temperatura e della densità.
12.1 La forza di Coriolis¶
La rotazione terrestre determina un effetto apparente chiamato forza di Coriolis, che devia il movimento dei corpi rispetto alla superficie terrestre rotante.
Nell'emisfero nord la deviazione è verso destra rispetto alla direzione del movimento.
Nell'emisfero sud la deviazione è verso sinistra.
La forza di Coriolis:
- è nulla all'equatore;
- aumenta in intensità con la latitudine;
- dipende dalla velocità del movimento.
12.2 L'attrito¶
Vicino al suolo l'attrito esercitato dalla superficie rallenta il vento.
La presenza di edifici, alberi, rilievi e vegetazione influenza la velocità e la direzione del vento.
In quota, dove l'influenza diretta della superficie è minore, il vento può essere più intenso e seguire equilibri differenti.
12.3 Alta e bassa pressione¶
Nell'emisfero nord, in condizioni meteorologiche tipiche:
- intorno a un anticiclone il vento tende a ruotare in senso orario;
- intorno a una depressione il vento tende a ruotare in senso antiorario.
La circolazione reale dipende dalla latitudine, dall'attrito, dalla struttura del sistema e dalle condizioni locali.
13. Applicazioni meteorologiche¶
13.1 Perché la pressione diminuisce salendo in montagna¶
Salendo di quota diminuisce la massa d'aria sovrastante.
La pressione atmosferica diminuisce perché il peso della colonna d'aria che grava sul punto considerato è inferiore.
13.2 Perché le masse d'aria calda possono salire¶
Una massa d'aria riscaldata può diventare meno densa dell'aria circostante.
Se è sufficientemente meno densa, la spinta di galleggiamento può favorire il movimento verso l'alto.
La massa d'aria che sale incontra pressioni progressivamente inferiori e si espande.
In assenza di scambi significativi di calore con l'ambiente, questa espansione comporta generalmente un raffreddamento adiabatico.
13.3 Perché le isobare sono importanti¶
Le isobare consentono di individuare le zone di alta e bassa pressione.
La loro disposizione permette di valutare il gradiente barico e di interpretare la possibile intensità e organizzazione della circolazione atmosferica.
13.4 Pressione e previsioni meteorologiche¶
La pressione atmosferica è una delle grandezze più importanti per l'analisi del tempo.
In generale:
- una pressione in diminuzione può accompagnare l'avvicinamento di una depressione o di un sistema perturbato;
- una pressione in aumento può accompagnare il rafforzamento di un'area anticiclonica.
Questi segnali non sono sufficienti da soli per formulare una previsione: devono essere interpretati insieme a vento, temperatura, umidità, nuvolosità e altri parametri.
14. Errori comuni da evitare¶
- Confondere pressione e forza.
- Dimenticare che il pascal equivale a N/m².
- Considerare 1013 hPa come un valore fisso della pressione atmosferica.
- Pensare che la pressione diminuisca in modo lineare con l'altitudine.
- Confondere pressione assoluta e relativa.
- Confondere pressione misurata in quota e pressione ridotta al livello del mare.
- Pensare che il principio di Pascal descriva direttamente la formazione del vento.
- Confondere la spinta di Archimede con la forza del gradiente di pressione.
- Dimenticare che la densità dell'aria dipende da pressione, temperatura e umidità.
- Pensare che l'aria calda salga sempre, indipendentemente dalla densità dell'ambiente circostante.
- Confondere portata volumetrica e velocità.
- Pensare che il vento sia determinato esclusivamente dalla pressione.
- Dimenticare l'influenza della rotazione terrestre e dell'attrito.
15. Esercizi di verifica¶
Esercizio 1 – Calcolo della pressione¶
Una forza di 500 N agisce perpendicolarmente su una superficie di 0,25 m².
Calcola la pressione.
Esercizio 2 – Conversione delle unità¶
Converti 1013 hPa in pascal.
Esercizio 3 – Pressione idrostatica¶
Calcola la pressione idrostatica a 3 metri di profondità in acqua.
Utilizza:
- densità = 1000 kg/m³;
- g = 9,81 m/s².
Esercizio 4 – Spinta di Archimede¶
Un corpo completamente immerso in acqua sposta 0,005 m³ di liquido.
Calcola la spinta di Archimede.
Utilizza:
- densità dell'acqua = 1000 kg/m³;
- g = 9,81 m/s².
Esercizio 5 – Densità dell'aria¶
Calcola la densità dell'aria secca con:
- pressione = 100.000 Pa;
- temperatura = 20 °C;
- Rd = 287 J/(kg × K).
Esercizio 6 – Portata¶
Un fluido attraversa una sezione di 0,2 m² con velocità media di 3 m/s.
Calcola la portata volumetrica.
Esercizio 7 – Gradiente di pressione¶
Su una carta meteorologica le isobare sono molto ravvicinate.
Che cosa suggerisce questa disposizione riguardo al gradiente di pressione?
Esercizio 8 – Applicazione atmosferica¶
Spiega perché una massa d'aria più calda e meno densa dell'ambiente circostante può iniziare a salire.
Esercizio 9 – Pressione e quota¶
Per quale motivo la pressione atmosferica diminuisce generalmente salendo di quota?
Esercizio 10 – Vento¶
Qual è la forza che tende a mettere in movimento l'aria dalle zone di pressione maggiore verso quelle di pressione minore?
16. Soluzioni degli esercizi¶
Soluzione 1 – Calcolo della pressione¶
p = F / A
p = 500 / 0,25
p = 2000 Pa
La pressione è 2000 pascal.
Soluzione 2 – Conversione delle unità¶
1 hPa = 100 Pa
1013 × 100 = 101.300 Pa
Soluzione 3 – Pressione idrostatica¶
p = ρ × g × h
p = 1000 × 9,81 × 3
p = 29.430 Pa
La pressione idrostatica è 29,43 kPa.
Soluzione 4 – Spinta di Archimede¶
Fa = ρ × g × V
Fa = 1000 × 9,81 × 0,005
Fa = 49,05 N
La spinta di Archimede è 49,05 N.
Soluzione 5 – Densità dell'aria¶
Prima convertiamo la temperatura:
T = 20 + 273,15 = 293,15 K
Utilizziamo:
ρ = p / (Rd × T)
ρ = 100.000 / (287 × 293,15)
ρ ≈ 1,188 kg/m³
La densità è circa 1,19 kg/m³.
Soluzione 6 – Portata¶
Qv = A × v
Qv = 0,2 × 3
Qv = 0,6 m³/s
Soluzione 7 – Gradiente di pressione¶
Le isobare ravvicinate indicano generalmente un gradiente di pressione più intenso.
A parità di altre condizioni, questo può favorire venti più intensi.
Soluzione 8 – Applicazione atmosferica¶
Una massa d'aria meno densa dell'ambiente circostante riceve una spinta di galleggiamento verso l'alto.
Se la spinta è sufficiente rispetto agli effetti contrari, la massa d'aria sale.
Soluzione 9 – Pressione e quota¶
Salendo di quota diminuisce la quantità di aria sovrastante.
Di conseguenza diminuisce il peso della colonna d'aria e la pressione atmosferica è generalmente inferiore.
Soluzione 10 – Vento¶
La forza del gradiente di pressione tende ad accelerare l'aria dalle zone di pressione maggiore verso quelle di pressione minore.
La direzione e la velocità effettive del vento sono poi influenzate da Coriolis, attrito e altre condizioni atmosferiche.
17. Glossario¶
| Termine | Significato |
|---|---|
| Fluido | Sostanza che può deformarsi continuamente sotto uno sforzo tangenziale |
| Pressione | Forza perpendicolare per unità di superficie |
| Pascal | Unità di misura della pressione |
| Ettopascal | Multiplo del pascal, pari a 100 Pa |
| Pressione atmosferica | Pressione esercitata dall'atmosfera |
| Barometro | Strumento per misurare la pressione atmosferica |
| Barometro aneroide | Barometro basato sulla deformazione di una capsula metallica |
| Pressione assoluta | Pressione riferita al vuoto assoluto |
| Pressione relativa | Differenza tra pressione assoluta e pressione atmosferica di riferimento |
| Pressione idrostatica | Pressione dovuta al peso di un fluido in quiete |
| Principio di Pascal | Trasmissione di una variazione di pressione in un fluido confinato |
| Principio di Archimede | Spinta verso l'alto pari al peso del fluido spostato |
| Equilibrio idrostatico | Equilibrio verticale tra gradiente di pressione e gravità |
| Densità | Rapporto tra massa e volume |
| Portata | Volume di fluido che attraversa una sezione nell'unità di tempo |
| Gradiente di pressione | Variazione della pressione nello spazio |
| Isobara | Linea che unisce punti con uguale pressione |
| Anticiclone | Area caratterizzata da pressione relativamente alta |
| Depressione | Area caratterizzata da pressione relativamente bassa |
| Forza di Coriolis | Effetto apparente della rotazione terrestre sul movimento dei corpi |
| Vento | Movimento dell'aria rispetto alla superficie terrestre |
18. Riepilogo della lezione¶
I concetti fondamentali da ricordare sono:
- L'aria e l'acqua sono fluidi.
- La pressione è il rapporto tra forza perpendicolare e superficie.
- Il pascal è l'unità di misura della pressione nel Sistema Internazionale.
- La pressione atmosferica è legata alla massa e al peso della colonna d'aria.
- La pressione diminuisce generalmente con l'altitudine.
- Il barometro misura la pressione atmosferica.
- La pressione ridotta al livello del mare permette di confrontare più facilmente stazioni a quote differenti.
- Il principio di Pascal descrive la trasmissione della pressione nei fluidi confinati.
- Il principio di Archimede descrive la spinta di galleggiamento.
- L'equilibrio idrostatico collega il gradiente verticale di pressione alla gravità.
- Pressione, temperatura, densità e umidità sono grandezze strettamente collegate.
- Il gradiente orizzontale di pressione contribuisce alla formazione del vento.
- Coriolis e attrito modificano il movimento dell'aria.
Concetto chiave: la pressione atmosferica, insieme alla gravità, alla temperatura e alla densità, determina una parte fondamentale del comportamento dell'atmosfera. Le differenze orizzontali di pressione contribuiscono a generare il vento e quindi alla circolazione atmosferica.
19. Collegamento con la lezione successiva¶
La prossima lezione approfondirà la termodinamica dell'atmosfera.
Studieremo:
- trasformazioni adiabatiche;
- espansione e compressione dell'aria;
- temperatura potenziale;
- gradiente termico verticale;
- stabilità e instabilità atmosferica;
- inversioni termiche;
- ruolo dell'umidità nei processi atmosferici.
Questi argomenti permetteranno di comprendere perché alcune masse d'aria salgono, altre scendono e come si sviluppano le condizioni favorevoli alla formazione delle nubi.