La materia si presenta sotto tre stati di aggregazione (attrazione molecolare da cui dipende lo stato fisico della materia): solido, liquido o gassoso. A differenza dei solidi, i fluidi sono deformabili. Anche per loro sono però definibili alcune grandezze che ne facilitano lo studio.
Densità – La densità esprime il rapporto tra la massa e il volume di un corpo. È inversamente proporzionale alla temperatura e direttamente determinata dallo stato di aggregazione della sostanza stessa (solido, liquido, gassoso). Le molecole dei liquidi possono scorrere le une sulle altre, ma sono in contatto reciproco, mentre le molecole dei gas sono separate tra loro, infatti i gas hanno una densità minore rispetto ai liquidi.
Quando viene misurata in rapporto a una massa equivalente di acqua distillata a 4 °C, la densità è definita relativa e coincide con il peso specifico relativo.
Pressione – In fisica è una grandezza scalare, che viene definita come il rapporto fra la forza applicata perpendicolarmente a una superficie e l’area della superficie in questione:
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Nel Sistema Internazionale la pressione viene misurata in pascal (Pa), equivalente a 1 N/m2 (newton per metro quadrato). Altra unità di misura è il kg/m2. Il manometro è lo strumento di misura della pressione.
L’unità di misura fa riferimento a Blaise Pascal che scoprì che la pressione si trasmette uniformemente in tutti i punti del fluido.
Viscosità – La viscosità di un fluido indica la sua propensione a generare attriti interni per lo scorrimento dei vari strati del fluido durante il movimento. In sostanza, essa richiama l’attrito dei solidi perché è legata all’attrito tra le molecole del fluido.
La viscosità viene solitamente indicata con la lettera greca μ o più raramente con la lettera η (analogamente al coefficiente di attrito). Si definisce fluidità la grandezza reciproca della viscosità.
Un fluido senza viscosità si dice ideale. Alcuni fluidi (superfluidi) a bassa temperatura si possono considerare ideali. Nella pratica si ritengono non viscosi i fluidi con viscosità minore dell’acqua.
Nei gas la viscosità aumenta con la temperatura, aumentando il moto termico delle molecole, mentre nei liquidi diminuisce perché diminuisce la coesione fra le molecole. Se Δv è la velocità di scorrimento, Δx la distanza fra gli strati che scorrono uno sull’altro, S la superficie di contatto, la legge di Newton (valida per molti fluidi, ma non per tutti) afferma che la forza F che si oppone allo scorrimento è data da:
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Lo strumento che misura la viscosità è il viscosimetro.
Comprimibilità – La comprimibilità è la proprietà dei corpi di ridurre il volume sotto l’azione di agenti esterni. Se un fluido è soggetto a una certa compressione, il suo volume diminuisce di un coefficiente k detto coefficiente di comprimibilità; k è molto piccolo per i liquidi, ma significativo per i gas.
Tensione superficiale – Una molecola che si trova sulla superficie di un liquido è attratta solo dalle molecole sottostanti e dalle altre molecole a lato, a differenza di una molecola interna che è sottoposta a forze simmetricamente distribuite. La molecola sulla superficie non subisce alcuna forza attrattiva dall’alto tale da controbilanciare quella subita dal basso; per questo è attratta verso l’interno del liquido. Se vogliamo portare una molecola dall’interno verso l’esterno dovremo quindi compiere un lavoro contro la forza che tende a riportare la molecola all’interno. Portare altre molecole in superficie vuol dire aumentare la superficie libera. Il lavoro infinitesimo fatto per aumentare di una porzione infinitesima la superficie S si può esprimere come
dL=τdS
dove τ è la tensione superficiale del liquido.
La tensione superficiale permette, per esempio, a insetti molto leggeri di camminare sull’acqua, è responsabile della forma tonda delle bolle di sapone oppure della forma a menisco (quindi non perfettamente piana) della superficie di un liquido in un recipiente.
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