- Tubo di Torricelli
- Scoperte
- Unità di misura
- Barometro e manometro
- Umidità
- Barometro normale di Regnaut: è un barometro del tipo a vaschetta. Vaschetta e tubo sono fissati a un’asticella che viene generalmente murata alla parete. Il livello del mercurio nella vaschetta è variabile; esso è determinato mediante una vite spostabile verso l’alto o verso il basso e posta al di sopra della bacinella. L’altezza barometrica sarà data dalla lunghezza, nota, della vite, più la distanza compresa tra l’estremità della vite e il livello del mercurio del tubo, che viene misurata con un catetometro.
- Barometro di Fortin: questo apparecchio è sostanzialmente composto di un tubo barometrico di vetro, chiuso all’estremità superiore e la cui estremità inferiore si inserisce in un cilindro di vetro più grande, a esso saldato a tenuta stagna e il cui fondo è formato da una pelle di camoscio che può alzarsi o abbassarsi per mezzo di una vite. Questa parte del tubo costituisce la vaschetta del barometro. Tutto l’apparecchio è interamente riempito di mercurio e protetto da un rivestimento in ottone in cui vengono praticate delle aperture per osservare la parte superiore del cilindro e del tubo barometrico
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Barometro a quadrante: Per quanto di scarsa precisione, questo tipo di barometro fu il più usato fino all’ apparizione del barometro aneroide. Un piccolo peso di ferro, posto sul livello del mercurio nella parte corta di un sifone, sale e scende con il livello stesso del liquido. Un filo unisce il peso di ferro a una carrucola ed è tenuto teso da un contrappeso; al centro della carrucola viene fissato un ago la cui estremità si muove su un quadrante. Su quest’ ultimo si leggono le variazioni di pressione in mm, alle quali corrispondono generalmente 5 condizioni atmosferiche:
Tempesta: 730,8 mm
Pioggia o vento: 748,9 mm
Variabile: 757,9 mm
Bel tempo: 767,0 mm
Gran secco: 785,0 mm
- Manometro ad aria compressa: Il funzionamento di questo tipo di manometro è basato sulla legge di Boyle-Mariotte. Esso è costituito da un tubo verticale chiuso all’estremità superiore e la cui estremità inferiore viene immersa in una vaschetta chiusa di mercurio di comunicazione con il recipiente contenente il gas, di cui si vuol determinare la pressione.
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Manometro registratore: Questo strumento, detto anche manografo, è usato nella tecnica industriale per avere informazioni sul modo col quale vengono alimentati I focolari di caldaie, ecc., registrando continuamente la pressione del fluido all’interno della caldaia.
É, in sostanza, un manometro metallico dotato di una punta scrivente che, istante per istante, traccia un grafico della pressione su un foglio quadrettato che scorre sotto la punta scrivente a velocità uniforme.
- Manometro differenziale a membrana: In questo apparecchio si misurano le differenze di pressione di due gas introdotti in un recipiente diviso in due da una membrana elastica molto sottile. Una leva ottica applicata alla membrana amplifica la deformazione della membrana dovuta alla differenza di pressione esistente tra le due parti dell’apparecchio.
- temperatura: l’aria calda è più leggera rispetto a quella fredda; ne consegue il fatto che con l’aumentare della temperatura la pressione diminuisce perché il peso esercitato dalla colonna d’aria è inferiore.
- altitudine: la pressione atmosferica diminuisce con l’aumentare dell’altitudine; questo significa che se andiamo in alta montagna, la pressione sarà minore che sul livello del mare. Tale variazione dipende dal fatto che salendo di altitudine si riduce l’altezza della colonna d’aria, che sovrasta la superficie, e anche la densità dell’aria risulta inferiore.
Biografia
Evangelista Torricelli, nacque il 15 ottobre 1607 a Faenza. Intorno al 1626 studiò presso la scuola dei Gesuiti dove entrò in contatto con la Matematica. Si trasferì quindi nel 1632 a Roma per approfondire le sue conoscenze scientifiche sotto la guida del discepolo di Galileo: Benedetto Castelli. Torricelli era un grande ammiratore di Galileo. Nel 1641 Castelli presentò a Galileo il manoscritto dell'opera di Torricelli dal titolo “De motu gravium”. Così Torricelli divenne assistente di Galileo, che però morì pochi mesi dopo. A questo punto il Granduca Ferdinando II de' Medici nominò Torricelli matematico della Corte, divenendo poi professore di Matematica presso l'Accademia fiorentina. Oltre all'attività di matematico, Torricelli si dedicò alla Fisica studiando il moto dei gravi e dei fluidi. Nel 1644 inventò il barometro a mercurio chiamato "tubo da vuoto di Torricelli" e nello stesso anno pubblicò l'opera dal titolo “Opera geometrica” di cui la seconda è dedicata al moto dei gravi. Torricelli è morto a Firenze, probabilmente di tifo, il 25 ottobre 1647.Tubo di Torricelli
Torricelli trovò che il valore della pressione, alla temperatura di zero gradi, corrispondeva alla pressione esercitata da una colonna di mercurio alta 760 mm, su una superficie di 1 cm2.
Lo strumento usato per misurare la pressione atmosferica è il barometro di Torricelli o tubo di Torricelli. Esso è stato inventato nel 1644 da Torricelli, il quale utilizzò un tubo graduato riempito di mercurio che capovolse in una bacinella, contenete anch’essa mercurio, avendo cura di non far entrare l’aria. Egli osservò che il livello di mercurio all’interno del tubo si era abbassato fino a raggiungere l’altezza di circa 760 mm rispetto al livello del mercurio nella vaschetta. Il livello raggiunto dal mercurio fornisce la misura della pressione atmosferica esercitata sulla superficie del mercurio nella bacinella, espressa in millimetri di mercurio (mmHg) . La pressione atmosferica a livello del mare è stata a lungo utilizzata come unità di riferimento della pressione. La scelta di Torricelli di usare come liquido il mercurio non fu casuale perché questo materiale ha anche allo stato liquido una densità notevole, tale da poter eguagliare la pressione atmosferica con una colonna alta solo 760mm.
Scoperte
Oltre al celeberrimo esperimento di Torricelli il contributo del matematico e fisico italiano ha portato diversi importanti contributi nei campi della matematica e della fisica.
In matematica:
Prima di parlare dei contributi di Torricelli in campo matematico dovremo prima mettere il suo lavoro matematico nel contesto.
Dobbiamo tener presente la teoria proposta da Cavalieri che ci promette di trovare, in modo semplice e rapido, l'area e il volume di varie figure geometriche. Torricelli ha studiato i metodi proposti da lui. E presto si convinse che questi potenti metodi erano corretti e cominciò a svilupparli ulteriormente. Nel 1641, egli esaminò le figure tridimensionali ottenute ruotando un poligono regolare attorno a un asse di simmetria. Torricelli calcolò anche l'area e il centro di gravità della cicloide. I suoi risultati più notevoli, tuttavia, derivano dalla sua estensione del metodo indivisibile di Cavalieri per coprire indivisibili curvi.
In fisica: Per quanto riguarda la fisica, Torricelli è stato il primo a creare un vuoto prolungato e a scoprire il principio di un barometro. Uno dei dibattiti più grandi e controversi in quei giorni riguardava appunto l'esistenza di vuoti. Aristotele aveva semplicemente affermato che il vuoto era una contraddizione logica, poi Galileo e successivamente Torricelli erano dell'opinione che esistessero effettivamente dei vuoti. Torricelli ha quindi descritto un esperimento e dato per la prima volta la spiegazione corretta dell'idrodinamica. Nel libro De motu gravium, Torricelli ha dimostrato che il flusso di liquidi attraverso un'apertura è proporzionale alla radice quadrata dell'altezza del liquido. Un risultato ora noto come teorema di Torricelli che consiste di una formula che permette di calcolare la velocità di fuoriuscita di un liquido da un contenitore, stabilendo che essa dipende solamente dalla distanza a cui è collocato il foro rispetto alla superficie libera del liquido. Questo è stato un altro contributo notevole che lo ha portato a diventare il fondatore dell'idrodinamica. Oltre a questo Torricelli ha studiato il moto proiettile dando una teoria per proiettili lanciati da qualsiasi angolazione. Ha anche dato tabelle numeriche che aiuterebbero gli artiglieri a trovare il corretto innalzamento dei loro cannoni per dare il range richiesto. Inoltre, egli è stato primo a dare una spiegazione scientifica per la causa del vento - che ha detto è stato causato da differenze in temperatura e densità dell'aria tra due aree. Torricelli non solo aveva grandi capacità nel lavoro teorico, ma aveva anche una grande abilità come costruttore di strumenti. Era un esperto smerigliatrice di lenti, producendo eccellenti telescopi e microscopi piccoli e brevi, e sembra aver imparato queste tecniche durante il periodo in cui visse con Galileo. I notevoli contributi di Torricelli significano che se fosse vissuto ancora di più avrebbe certamente fatto altre scoperte eccezionali. In effetti, egli potrebbe aver apportato dei contributi che non saranno mai conosciuti, poiché l'intera gamma delle sue idee non è mai stata correttamente registrata.
Unità di misura
L’atmosfera, con il proprio peso, esercita una forza su tutti i corpi della superficie terrestre. Il rapporto tra il peso esercitato da una colonna d’aria e l’unità di superficie su cui essa agisce è definito PRESSIONE ATMOSFERICA.L’unità di misura della pressione nel Sistema Internazionale è il Pascal. Solitamente, però, in campo medico la pressione sanguigna viene misurata con un’unità non appartenente al SI, la quale è il millimetri di mercurio (mmHg), chiamati anche torr. in onore del fisico Evangelista Torricelli, scopritore di essa. Grazie all’esperimento de «Il tubo di Torricelli», egli ha scoperto che una atmosfera (ovvero 1,01 x 105 Pascal) equivalgono a 760mmHg.
Invece nel campo della meteorologia non si utilizzano né i Pascal, né le atmosfere, né i Torricelli, ma bensì il bar e il millibar (mbar). Un bar equivale a 1 x 105 Pa e quindi un mbar equivale a 100 Pa. Sempre in questo ambito sappiamo che la pressione atmosferica diminuisce al crescere dell’altitudine, in quanto ad alta quota l’altezza della colonna d’aria è minore di quella che c’è sulla stessa superficie a livello del mare. Però la pressione atmosferica varia anche con le condizioni meteorologiche. In genere una bassa pressione annuncia un maltempo, mentre un’alta pressione annuncia un bel tempo.
Barometro e manometro
Il barometro è lo strumento che serve a misurare la pressione atmosferica, è sostanzialmente simile allo strumento in cui si servì Torricelli per mettere in evidenza la pressione esercitata dall’aria sulla superficie libera del mercurio.Esistono diversi tipi di barometro:
La differenza tra barometro e manometro consiste nel fatto che con il primo strumento si misura la pressione dell’atmosfera libera, mentre col secondo si misura la pressione di un fluido contenuto in una vaschetta chiusa. Il gas di cui si vuol determinare la pressione viene introdotto nella vaschetta del mercurio e fa risalire il mercurio stesso lungo il tubo verticale dello strumento, che può essere così facilmente misurato.
Esistono diversi tipi di manometro:
Umidità
La pressione atmosferica può essere influenzata dall’umidità. Infatti, se questa aumenta, la pressione diminuisce poiché il vapore acqueo ha una minore densità rispetto all’ossigeno e all’azoto, quindi l’aria umida è più leggera. Per questo motivo i cicloni si verificano quando la pressione è bassa.La pressione può essere influenzata da altri due fattori:
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