Meccanica dei fluidi/Cosa sono i fluidi

I fluidi sono sistemi di punti materiali di forma indefinita: assumono infatti la forma del recipiente che li contiene. Si dividono in:

• gas, i quali non hanno né forma, né volume definiti, bensì assumono le caratteristiche del recipiente;
• liquidi, i quali non hanno forma ma volume definito, e possono essere più o meno comprimibili.

A differenza dei sistemi rigidi, che sono solidi e indeformabili, i fluidi presentano caratteristiche diverse e numerose complicazioni nella descrizione del loro moto. Microscopicamente, un fluido è un sistema discreto, formato da numerose particelle che si muovono in moto relativo l'una rispetto alle altre. Tuttavia, possiamo schematizzarli come un sistema continuo, per rendere più facile il loro studio. A tal fine, tratteremo tutti i liquidi come incomprimibili, ovvero di volume fisso e costante nel tempo, e studieremo caso per caso il fluido prendendo in considerazione un volumetto $dV$ cubico, il quale è abbastanza grande da poter essere trattato come un sistema continuo (quindi ha un numero elevato di particelle) ma sufficientemente piccolo per poter essere considerato un infinitesimo. Esso ci fornisce, quindi, una descrizione complessiva del fluido.

Su un volumetto $dV$ agiscono due tipi di forze:

• forze di superficie ${\vec {F}}^{(s)}$, esercitate dal fluido circostante sulla superficie del volumetto;
• forze di volume ${\vec {F}}^{(v)}$, proporzionale al $dV$ o alla $dm$ del volumetto, che sono applicate nel centro di massa del volumetto.

Ogni forza di superficie può essere scomposta in due componenti, una perpendicolare e una parallela alla superficie, che chiameremo rispettivamente sforzo normale e sforzo di taglio:

$d{\vec {F}}^{(s)}=d{\vec {F}}_{n}^{(s)}+d{\vec {F}}_{t}^{(s)}$

$d{\vec {F}}_{n}^{(s)}$ è detta anche forza per unità di superficie o, semplicemente, pressione. Se la forza è uniforme su tutta la superficie, avremo che:

$P={\frac {F_{n}}{S}}$

Nel sistema internazionale, l'unità di misura della pressione è il pascal (Pa), corrispondente a:

${\frac {1{\text{N}}}{1{\text{m}}^{2}}}=1{\text{ Pa}}$

Lo sforzo di taglio ${\frac {dF_{n}^{(s)}}{dS}}$ è invece dovuto all'attrito del fluido con le pareti del recipiente o con il resto del fluido stesso; nel nostro studio, considereremo fluidi non viscosi, per cui non sarà presente lo sforzo di taglio. Qualora il fluido fosse viscoso, invece, lo sforzo di taglio, che si presenta in caso di moto del fluido, causerebbe lo spostamento di diversi strati di fluido e, in casi particolari, anche la creazione di vortici.