PROPRIETA' DELLE SOSTANZE

TEORIA

 

Il rapporto tra la forza F  agente su una superficie e l'area della superficie stessa definisce una grandezza fisica vettoriale chiamata pressione.

Si definiscono densità assoluta di un corpo il rapporto fra la sua massa ed il suo volume. Si definisce densità relativa di una sostanza A rispetto ad una di riferimento O, il rapporto tra la massa m_A di un certo volume della sostanza A e la massa m_O di un egual volume della sostanza O. Si definisce peso specifico assoluto di un corpo il rapporto tra il suo peso ed il suo volume. Si definisce peso specifico relativo di una sostanza A rispetto ad una di riferimento O, il rapporto tra il peso p_A di un certo volume della sostanza A ed il peso p_O di un egual volume della sostanza O.

Fra le particelle fondamentali che costituiscono l'universo, tre rivestono un'importanza particolare; esse sono: il neutrone, il protone e l'elettrone. La prima di queste particelle non manifesta alcuna proprietà elettrica, mentre le altre due sono in grado d'attrarsi reciprocamente con una forza enormemente superiore a quella gravitazionale dovuta alla loro massa.

Protoni e neutroni, aggregandosi in virtù di forze straordinariamente elevate, di cui sono responsabili anche i neutroni, costituiscono i nuclei degli atomi. Gli atomi sono strutture formate da un nucleo e da un numero d'elettroni, situati attorno ad esso, uguale al numero dei protoni nucleari.

Alla costituzione e al comportamento dell'atomo vanno fatte risalire le proprietà chimiche e fisiche degli elementi naturali.

Gli atomi si aggregano, in virtù di forze di natura elettrica, per formare molecole, alle quali sono connesse le proprietà chimiche e fisiche di tutti i composti naturali.

A seconda delle forze che tengono reciprocamente unite le molecole, si possono avere, per i composti naturali, tre possibili stati d'aggregazione: solido, liquido e aeriforme.

Quando le forze di legame sono molto elevate, il normale stato d'aggregazione è quello solido, caratterizzato da configurazione cristallina. Per altro, talvolta, le molecole, legate da forti interazioni reciproche, non sono disposte in un preciso ordine spaziale. Allora si ha materia indeformabile allo stato amorfo. Il tipo di legame esistente fra le molecole di una sostanza solida assegna ad essa delle caratteristiche fisiche che spiegano, almeno qualitativamente, la loro elasticità e l'origine dell'attrito radente e volvente.

Quando le forze di legame sono piuttosto deboli, lo stato d'aggregazione è quello liquido. Le molecole sono dotate di un moto continuo di rotazione su se stesse e di traslazione. Le forze reciproche di coesione e quelle di adesione ai mezzi circostanti, unitamente alle altre forze presenti, per esempio forza peso, determinano l'assetto delle superfici liquide. Esse sono inoltre responsabili della viscosità dei fluidi, della loro tensione superficiale e degli attriti che un corpo in movimento in seno ad essi incontra.

Quando le forze d'attrazione fra le molecole sono praticamente nulle, lo stato d'aggregazione è quello aeriforme. Le molecole in stato aeriforme si possono pensare come sfere rigide che si muovono ad alta velocità in tutte le direzioni e che, urtando contro le pareti, sviluppano una pressione contro di esse. Un aeriforme segue la legge di Boyle, secondo la quale, a temperatura costante, il prodotto della pressione degli aeriformi per il volume da essi occupato, è una costante.

PROBLEMI

 

Problema n. 1

Un oggetto di massa M = 2·10² kg ha una superficie d'appoggio S = 40 dm². Determinare la pressione che esso sviluppa sul piano al quale è appoggiato.

Soluzione

Pressione dell'oggetto = peso dell'oggetto/superficie d'appoggio ⇒

p = P/S = Mg/S = 4.9·10³ N/m²

Problema n. 2

Calcolare la pressione che un uomo esercita sul terreno supponendo la sua massa pari a M = 70 kg e la sua superficie d'appoggio pari a S = 2 dm².

Soluzione

Pressione dell'uomo sul terreno = peso dell'uomo/superficie d'appoggio ⇒

p = P/S = Mg/S = 3.43·10⁴ N/m².

Problema n. 3

Una colonna, di materiale omogeneo e di altezza h = 2 m, esercita sulla sua base una pressione p = 10⁵ N/m². Determinare la densità relativa del materiale di cui è costituita.

Soluzione

Pressione = forza peso/base ⇒

p = P/S,

ma:

P = Mg = δVg = δhSg ⇒

p = P/S =  δhg ⇒

δ = p/hg = 5.102·10³ kg/m³ ⇒

δ_r = 5.102.

Problema n. 4

Un oggetto è costituito per 1/3 da un materiale di densità relativa δ_1r = 0.9 e per i rimanenti 2/3 da un materiale di densità relativa δ_2r = 1.7. Calcolare il volume dell'oggetto, sapendo che il suo peso totale è pari a P = 30 N.

Soluzione

P = Mg = (δ_1r/3 + 2δ_2r/3)Vg ⇒

V = P/(δ_1r/3 + 2δ_2r/3)g = 2.136 dm³.

Problema n. 5

Un oggetto sottoposto ad una forza costante F = 7 N percorre uno spazio s = 4.5 m in t = 3 s. Il suo volume è pari a V = 0.5 dm³. Calcolare la sua densità relativa.

Soluzione

Secondo principio della dinamica:

F = ma,

ora è:

s = ½at² ⇒

a = 2s/t² = 1 m/s²

e

m = δV;

sostituendo, si ha:

F = ma = 2δsV/t² ⇒

δ = Ft²/2sV = 14·10³ kg/m³ ⇒

δ_r = 14

Problema n. 6

Il raggio dell'orbita di un elettrone è dell'ordine di r_e = 10^-8 cm e il suo periodo di rivoluzione attorno al nucleo è dell'ordine di T_e = 1.5·10^-16 s. Sapendo che la massa dell'elettrone è m_e = 9.106·10^-31 kg, determinare la sua velocità periferica e la forza centripeta che lo fa muovere sulla sua orbita.

Soluzione

Velocità periferica dell'elettrone:

v_e = ωr_e = 2πr_e/T_e = 4.1888·106 m/s;

forza centripeta:

F = mv²/r_e = 4π²mr_e/T_e² = 1.5977·10^-7 N