Forze e pressione
Se prendiamo una bottiglia vuota e la riempiamo d’acqua, secondo le leggi della fisica l’acqua esercita una forza sulle pareti: in altre parole “spinge” contro le pareti della bottiglia. Nello stesso tempo, anche le pareti della bottiglia esercitano la stessa forza sull’acqua, “respingendola”. La forza esercitata dall’acqua sulla parete e quella esercitata dalla parete sull’acqua sono della stessa intensità, ma opposte.
È questo il principio di Pascal: «La pressione esercitata su un fluido racchiuso in un recipiente si trasmette invariata a qualsiasi punto del fluido e alle pareti del recipiente che lo contiene».
Come si capisce dal nome, il principio è stato formulato dal fisico Blaise Pascal ed è sempre valido per quei liquidi detti perfetti, cioè che si muovono senza provocare attrito. L’acqua, per esempio, è un liquido perfetto. Perché solo i liquidi? A differenza dei gas, i liquidi sono incomprimibili, cioè non si possono ridurre di volume se schiacciati.
Oltre che importante per la fisica, il principio di Pascal ci permette di compiere prodezze che al primo pensiero sembrano improponibili. Seguendo la sua regola, possiamo per esempio sollevare un’auto usando la forza di una sola mano.
Come funziona il principio di Pascal
Andiamo per ordine. Se volete rendervi conto di come agisca il principio di Pascal, prendete una bottiglia di plastica e riempitela d’acqua. Poi praticate un foro di un paio di millimetri su una delle pareti, diciamo a metà bottiglia (potete usare un ago di ferro per praticare il foro).
Cosa succede? Probabilmente è un’esperienza che avete già fatto: esce uno zampillo continuo, fino a quando l’acqua della bottiglia non scenderà al di sotto del livello del foro. Il fatto che lo zampillo cada verso il basso è dovuto alla forza di gravità, ma di suo avrebbe un andamento perpendicolare alla parete della bottiglia. La pressione interna dell’acqua, infatti, spinge perpendicolarmente contro la parete.
Se applicate i fori da qualche altra parte della parete, l’effetto (e la direzione del getto) sarà lo stesso.
Sollevare un’auto con una mano? Si può
Ho detto prima che, seguendo il principio di Pascal, è possibile sollevare un’auto con la forza di una mano. Vero, ma con gli strumenti adatti e un po’ di logica.
Poniamo il caso che abbiate a disposizione un alto contenitore cilindrico, ben sigillato, e che al suo fondo uno stretto corridoio lo colleghi a una vasca più larga anche di un migliaio di volte. Sopra questa vasca si trova un robusto ripiano, con sopra appoggiata un’automobile (vedi la figura più sotto).
Se versate l’acqua giù per il cilindro, questa si disporrà naturalmente sia nel cilindro che nella vasca, per un principio di compensazione. Adesso, se prendete un pistone e spingete l’acqua verso il basso a partire dalla cima del cilindro, lentamente il ripiano con l’automobile si solleverà.
È questione di fisica
A cosa è dovuto questo meccanismo? La pressione che si esercita sull’acqua che sta al limite del cilindro si ripercuote su tutto il liquido, compreso quello presente nella vasca. Siccome secondo il principio di Pascal la pressione è identica in ogni punto del fluido, significa che la forza che viene applicata nella vasca è mille volte maggiore di quella applicata sul cilindro (per avere una pressione identica, è necessario applicare una forza maggiore nella vasca).
Risultato? Applicate la forza di un chilo e solleverete una macchina di una tonnellata. Questo principio è ampiamente usato nei macchinari delle fabbriche, ma anche in oggetti di tutti i giorni come le pompe e i crick per le automobili.
