Quiz: Dinamica dei fluidi — 14 domande

1. Quale situazione rappresenta una corrente di fluido?

A. La caduta verticale di una goccia isolata

B. La dispersione irregolare di schizzi d’acqua

C. La raccolta dell’acqua in una vasca immobile

D. Il movimento ordinato di un liquido o di un gas

Answer: (D)

Spiegazione

Una corrente è il movimento ordinato delle particelle di un liquido o di un gas. Gli schizzi d’acqua, invece, hanno un andamento disordinato e non costituiscono una corrente.

2. In quale situazione si può applicare l’equazione di Bernoulli?

A. A un fluido comprimibile, con corrente variabile e attriti rilevanti

B. A un fluido incomprimibile, con corrente stazionaria e attriti trascurabili

C. A un fluido qualunque, anche con forti attriti interni e sulle pareti

D. A un fluido incomprimibile, con corrente variabile e pareti molto rugose

Answer: (B)

Spiegazione

L’equazione di Bernoulli richiede un fluido incomprimibile, una corrente stazionaria e attriti interni e con le pareti trascurabili. La presenza di forti attriti o di una corrente variabile rende inapplicabile questa forma dell’equazione.

3. Quale grandezza rimane costante lungo una conduttura nelle condizioni di Bernoulli?

A. La somma $p+dv+dgy$

B. Il solo termine cinetico $\frac{1}{2}dv^2$

C. La somma $p+\frac{1}{2}dv^2+dgy$

D. La sola pressione $p$

Answer: (C)

Spiegazione

Lungo la conduttura resta costante la somma dei termini di pressione, cinetico e gravitazionale, cioè $p+\frac{1}{2}dv^2+dgy$. La pressione presa singolarmente può invece variare da una zona all’altra.

4. Tra due zone A e B della stessa conduttura, quale affermazione descrive correttamente l’equazione di Bernoulli?

A. La pressione resta uguale, mentre velocità e quota cambiano senza vincoli energetici

B. Pressione e velocità restano uguali, mentre la quota determina la variazione della somma

C. Pressione, velocità e quota possono cambiare, mentre la somma di Bernoulli resta uguale

D. Pressione, velocità e quota restano uguali, mentre la somma di Bernoulli può cambiare

Answer: (C)

Spiegazione

Tra A e B le singole grandezze $p$, $v$ e $y$ possono assumere valori diversi, ma la quantità $p+\frac{1}{2}dv^2+dgy$ conserva lo stesso valore. Non è quindi necessario che la pressione o la velocità rimangano costanti.

5. Quale forma assume l’equazione di Bernoulli in una conduttura orizzontale?

A. $\frac{1}{2}dv^2+dgy=\text{costante}$

B. $p+dv^2=\text{costante}$

C. $p+\frac{1}{2}dv^2=\text{costante}$

D. $p+\frac{1}{2}dv^2+dgy=\text{costante}$

Answer: (C)

Spiegazione

In una conduttura orizzontale la quota non cambia, quindi il termine gravitazionale può essere omesso e si ottiene $p+\frac{1}{2}dv^2=\text{costante}$. Il termine $dgy$ compare invece quando la conduttura non è orizzontale.

6. Che cosa descrive l’effetto Venturi in un condotto orizzontale?

A. La pressione aumenta quando la velocità diminuisce e diminuisce quando la velocità aumenta

B. La pressione diminuisce quando la velocità diminuisce e aumenta quando la velocità aumenta

C. La pressione e la velocità aumentano insieme quando il fluido attraversa il condotto

D. La pressione rimane invariata mentre la velocità cambia lungo il condotto

Answer: (A)

Spiegazione

Per l’effetto Venturi, in un condotto orizzontale la somma della pressione e del termine cinetico resta costante: perciò un aumento della velocità comporta una diminuzione della pressione. L’andamento opposto vale quando la velocità diminuisce.

7. Che cosa accade nella strozzatura dello spruzzatore elettrico?

A. L’area minore riduce la velocità dell’aria, aumenta la pressione e blocca la vernice

B. L’area minore aumenta la velocità dell’aria, abbassa la pressione e aspira la vernice

C. L’area maggiore aumenta la velocità dell’aria, abbassa la pressione e aspira la vernice

D. L’area minore mantiene costanti velocità e pressione, spingendo la vernice verso il basso

Answer: (B)

Spiegazione

La riduzione dell’area del tubo aumenta la velocità dell’aria e, per l’effetto Venturi, riduce la pressione sotto quella atmosferica, aspirando la vernice verso l’alto. Nella strozzatura, quindi, velocità e pressione variano in senso opposto.

8. A quale proprietà di un fluido si riferisce la viscosità?

A. Alle forze di contatto tra il fluido e una parete solida

B. Alle forze di attrito interno che ostacolano il moto nel fluido

C. Alla pressione esterna che comprime uniformemente il fluido

D. Alla densità del fluido che determina la sua massa volumica

Answer: (B)

Spiegazione

La viscosità descrive l’attrito interno del fluido, che si oppone al moto degli oggetti immersi. L’interazione tra fluido e parete riguarda invece una superficie esterna e non definisce la viscosità.

9. Quale situazione descrive un regime laminare?

A. Il fluido resta fermo mentre varia uniformemente la sua temperatura

B. Il fluido accelera rapidamente producendo onde sulla superficie

C. Particelle fluide si muovono disordinatamente formando numerosi vortici

D. Strati fluidi sottili scorrono regolarmente senza formare vortici

Answer: (D)

Spiegazione

Nel regime laminare il fluido si muove in modo regolare, con sottili lamine che scivolano una sull’altra senza vortici. Un moto caratterizzato da vortici è invece incompatibile con il regime laminare.

10. Per uno strato di fluido in moto laminare, come varia la forza di attrito se la velocità raddoppia mentre le altre grandezze restano invariate?

A. Si dimezza, perché la velocità compare al denominatore

B. Resta invariata, perché dipende dal coefficiente viscoso

C. Diventa quattro volte maggiore, perché dipende dal quadrato della velocità

D. Raddoppia, perché è direttamente proporzionale alla velocità

Answer: (D)

Spiegazione

Dalla relazione $F=\eta\frac{Sv}{d}$ risulta che la forza di attrito è direttamente proporzionale alla velocità, quindi raddoppia quando raddoppia $v$. La dipendenza quadratica non compare nella formula.

11. Durante la caduta di un corpo in un fluido, quali sono verso e ruolo delle due forze principali?

A. Il peso è diretto verso l’alto e l’attrito viscoso verso il basso

B. Entrambe le forze sono dirette verso il basso e accelerano il corpo

C. Entrambe le forze sono dirette verso l’alto e frenano il corpo

D. Il peso è diretto verso il basso e l’attrito viscoso verso l’alto

Answer: (D)

Spiegazione

La forza-peso favorisce la caduta ed è diretta verso il basso, mentre l’attrito viscoso si oppone al moto ed è diretto verso l’alto. Le altre combinazioni confondono il verso o l’effetto delle due forze.

12. Che cosa accade a un corpo quando raggiunge la velocità limite in un fluido?

A. La forza-peso aumenta e il corpo continua ad accelerare verso il basso

B. L’attrito viscoso scompare e la velocità cresce senza variazioni

C. La forza risultante si annulla e il corpo prosegue a velocità costante

D. Il corpo si arresta perché le due forze sono entrambe dirette verso l’alto

Answer: (C)

Spiegazione

Alla velocità limite l’attrito viscoso uguaglia la forza-peso in intensità e ha verso opposto, perciò la forza risultante e l’accelerazione sono nulle. Il corpo continua tuttavia a muoversi con velocità costante.

13. Trascurando la spinta di Archimede, quale velocità limite ha una sfera di massa $m$ e raggio $r$ che cade in un fluido viscoso?

A. $v=\frac{mg}{6\pi\eta r}$

B. $v=\frac{6\pi\eta r^2}{mg}$

C. $v=\frac{mg}{6\pi\eta r^2}$

D. $v=\frac{6\pi\eta r}{mg}$

Answer: (A)

Spiegazione

La legge di Stokes $F_v=6\pi\eta rv$, uguagliata alla forza-peso alla velocità limite, conduce a $v=\frac{mg}{6\pi\eta r}$. Le altre espressioni invertono il rapporto o introducono una dipendenza dal quadrato del raggio non prevista.

14. Considerando la spinta di Archimede, come cambia la velocità limite di una sfera quando aumenta la differenza tra la densità della sfera $d$ e quella del fluido $d_0$?

A. Diventa inversamente proporzionale al quadrato del raggio

B. Resta invariata, perché dipende soltanto da viscosità e raggio

C. Aumenta, perché è direttamente proporzionale a $d-d_0$

D. Diminuisce, perché $d-d_0$ compare al denominatore

Answer: (C)

Spiegazione

La relazione $v=\frac{2(d-d_0)gr^2}{9\eta}$ mostra che la velocità limite cresce all’aumentare della differenza di densità. La viscosità è invece al denominatore, mentre il raggio compare al numeratore al quadrato.