Se pensiamo che il corpo umano è composto al 95% di acqua, che la terra è costituita per 2/3 della sua superficie da acqua e che l’atmosfera forma un involucro gassoso spesso almeno 17 km al di sopra delle nostre teste, capiamo bene che lo studio dei fluidi, di cui si occupa proprio la fluidodinamica, riveste un ruolo fondamentale per la storia dell’uomo.
Una definizione di fluidodinamica
Poc’anzi abbiamo accennato all’atmosfera gassosa perchè, per quanto possa sembrare strano, all’insieme dei fluidi appartengono anche i gas, visto che come i liquidi non posseggono una forma propria e non possono sostenere uno sforzo di taglio per un tempo apprezzabile. Da ciò si evince il motivo per cui la fluidodinamica viene definita come una disciplina, branca della meccanica dei fluidi, che studia il comportamento di liquidi e gas in movimento. La fluidodinamica è certamente materia complessa ma tutt’altro che lontana dall’occuparsi di questioni che ciascuno di noi vive quotidianamente.
Le proprietà di un fluido
Un problema di fluidodinamica viene affrontato generalmente con lo svolgimento di equazioni differenziali, le quali sono necessarie per calcolare le diverse proprietà di un fluido, come:
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Velocità;
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Pressione;
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Densità;
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Temperatura.
Quest’ultima viene misurata in funzione del tempo e dello spazio. La fluidodinamica, quindi, una volta conosciute le diverse proprietà, consente di studiare il comportamento dei fluidi in movimento, in relazione alle cause che lo determinano.
Concetti chiave
La comprensione delle proprietà appena accennate non esaurisce le caratteristiche della fluidodinamica, la quale è interessata da altri due concetti chiave:
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Flusso;
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Comprimibile vs. Incomprimibile
Occupandosi di movimento dei fluidi, il concetto di flusso occupa un posto di rilievo nella fluidodinamica. Questo consente di definire in maniera più precisa in che maniera un fluido si muove, ad esempio se in maniera costante nel corso del tempo (allora si dirà stabile) oppure in maniera variabile (allora si dirà instabile). Se, invece, il movimento viene definito in termini di ordine e caos, allora il flusso potrà dirsi laminare o turbolento. Mentre lo spazio entro cui si muove il fluido, determinerà un flusso "del tubo" quando il movimento avviene in spazi con confini rigidi su tutti i lati oppure "del canale aperto" quando vi sono dei confini scoperti, come può essere il letto di un fiume.
L’altro concetto chiave, invece, è quello della compressione. Sia i gas che i liquidi possono essere compressi ma è pur vero che questa può essere maggiore nei primi, e minore nei secondi. Essere comprimibili vuol dire poter ridurre lo spazio di movimento senza modificare la densità del fluido in funzione del tempo. Come accennato, anche i liquidi possono essere compressi ma tale compressione è talmente limitata che la fluidodinamica preferisce considerarli come dei fluidi incomprimibili.
A cosa serve?
Spiegato che la disciplina studia il movimento dei fluidi, è lecito porsi il dubbio su quali siano le reali, e concrete, applicazioni di questa scienza nelle cose della nostra quotidianità. In verità le applicazioni sono talmente numerose che risulta perfino difficile stilare un elenco esaustivo, tuttavia ci soffermeremo su alcuni ambiti più interessanti. Pensiamo, come esempio, a un'altra disciplina cui tutti i giorni rivolgiamo la nostra attenzione: la meteorologia. Se non esistesse la fluidodinamica, come potremmo capire qualcosa sul movimento delle correnti, sugli spostamenti che avvengono in atmosfera e quindi sulle ripercussioni meteo che questi producono? Oppure pensiamo alla quantità di studi astronomici che poggiano le proprie basi su analisi del plasma (anch'esso oggetto della fluidodinamica) o sullo studio di corpi gassosi quali sono numerose stelle del nostro sistema solare. Restando con i piedi per terra, vi sono poi i terremoti, il cui studio si deve alla tettonica delle placche, impossibile senza l'analisi dei movimenti della materia all'interno del nucleo liquido al centro del pianeta. Infine, in maniera per molti incredibile, anche lo studio del traffico, quindi della qualità dell'aria, si deve alla fluidodinamica, dato che nelle zone ad alta densità, il traffico viene trattato come una singola entità che si comporta esattamente come un fluido in movimento. Potremmo continuare a elencare il settore medicale, con il movimento del sangue, oppure quello industriale, con gli innumerevoli macchinari basati sulla compressione di liquidi e gas ma ciò che conta è avere la consapevolezza di quanto vasti e vari siano i campi di applicazione di una disciplina universitaria complessa ma altrettanto affascinante.
Veronica Massutti