le scienze

La Scienza Simpatica – parte 5 – La Pressione

Quello cui mi accingo a discorrere è fondamentale nel mio lavoro: la Pressione. In un precedente scritto abbiamo imparato cos’è la FORZA…quella di Newton…quella degli stati di aggregazione…quella dello sfregio sulla carrozzeria della mia macchina: anzi, se qualcuno di voi avesse visto qualcosa, mi farebbe piacere che me lo comunicasse.

Dicasi Pressione l’agire di una forza su una superficie…e voi mi direte: “bon, ha già finito l’articolo, lezione finita, facciamo pausa…”…magari! …però la giusta definizione è semplicemente quella! Ma che ce ne facciamo della pressione?

La forza, che si misura in Newton o in chili (…mai kili, ricordatevelo…), viene sempre considerata agente su un ipotetico punto che non ha dimensione, ma alla fine, papale papale, non è effettivamente così.

Torniamo a ricordarci di quel sasso che m’ha sfregiato la macchina (blog La Forza)! Il piede che scalcia il povero sasso, chiaramente, non impatta solamente in un punto, bensì in tantissimi punti della sua faccia da sasso. Allo stesso modo, la colonna d’aria dell’atmosfera terrestre, più o meno salubre, al di sopra del sasso, ha un peso che influisce sulla testa dello stesso, mantenendolo premuto sul selciato. È quella colonna d’aria che, assieme alla composizione e struttura molecolare del sasso, ne determina il peso. Facendo un esempio semplice, se quel sasso pesasse un chilo, con una forza di un chilo non riusciremmo a spostarlo, ma ci vorrà tanta forza in più per poterlo spostare, in modo da vincere anche l’attrito prodotto dal suo peso, dalla composizione e struttura del selciato, dalla pressione atmosferica, dal cambiamento del tempo, dal sole, dalla pioggia…mi sta venendo mal di schiena…

…torniamo però alla pressione, perché è così importante? Pensiamoci un poco…

Un esempio semplicissimo…

pressione 5Andiamo dal dottore per un controllo. Questi, generalmente, prende uno strumento con un nome improponibile, lo sfigmomanometro, si mette alle orecchie un altro strumento di altrettanto nome improbabile, lo stetoscopio, cinge il nostro avambraccio con un qualcosa che è attaccato al primo strumento, una serie di pompate, e poi sgonfia ciò che si era gonfiato. Tenendo conto dell’apprezzamento delle orecchie del medico, quasi mai pulite ed efficienti, questi ci dice (spero per tutti) “va bene, 130 e 70”…ma sti numeri, cosa sono? È la pressione “arteriosa”, cioè la pressione per cui devono resistere quei tubicini che abbiamo nel corpo nei quali il sangue ossigenato scorre per ogni dove… In genere si danno i due valori di massima e minima, cioè in base al battito del cuore, di sistole e diastole. Quei tubicini, che si chiamano arterie, devono poter sopportare la pressione del nostro sangue, al contrario scoppiano dando problemi di vario tipo. È per questo che siamo tenuti a mantenere arterie e vene puliti, per fare in modo che il sangue vi scorra facilmente; ogni ostruzione comporta un innalzamento della pressione. Questa pressione si misura in mmHg, di cui scriverò in seguito.

Rimanendo in campo medico, la pressione di cui parliamo è pressoché in tutti gli organi e muscoli.

Come scritto sopra la pressione è una forza che agisce su una superficie. Per questo, con opportuni macchinari, l’uomo può lavorare, trasportare e movimentare pesi enormi senza fare fatica: una gru, un carrello sollevatore, un ascensore (questi non sempre a dire il vero)…la fatica è un lavoro, e l’uomo, spesso, cerca di lavorare meno, senza fare fatica, perché generalmente svogliato e stanco…la donna un po’ di meno!

Nel sistema internazionale la pressione si misura in Pascal, Pa (P maiuscola perché studiata al Sig. Pascal), dove 1Pa è uguale alla forza di 1 N sulla superficie di 1m². Il tecnicotattico scienziato Blaise Pascal è chi nel XVII secolo ha studiato la pressione e tutti i suoi effetti. Ci mise tantissimo tempo ad enunciare il principio che prende il suo nome: La pressione esercitata in un punto qualunque di un fluido, si trasmette inalterata su tutti i punti del fluido.

Fece scoppiare bottiglie, botti, recipienti di qualsiasi genere…la moglie lo ringraziava perché così Egli era costretto a pulire per terra! Cosa dice sta leggetta di poche parole: la pressione di un fluido in un recipiente provoca forze esattamente uguali su tutta l’area del recipiente stesso…a che serve? un esempio banale:

Molti di noi comprano acqua gasata e, da diversi anni, viene venduta in bottiglie di plastica riciclabile. Lo spessore della plastica è infinitesimale (piccolo). Si usa la plastica, al posto del vecchio e sano vetro, per via del peso della bottiglia, quindi per economizzarne il trasporto… Il gas disciolto nell’acqua mette effettivamente la bottiglia in pressione. Dobbiamo sapere che i punti critici della plastica lavorata sono le pieghe e le curve. Se il dimensionamento delle bottiglie fosse fatto male…non servirebbe più stapparle!

Un insigne scienziato italiano del XVII secolo, Evangelista Torricelli, fece esperienze con tubicini di vetro con fori piccolissimi, detti capillari… Il Torr è un’ulteriore unità di misura della pressione che si misura in millimetri di mercurio (mmHg). In pratica il buon Evangelista, giocava con sti capillari, utilizzando un metallo che a temperatura ambiente è sempre liquido: il mercurio, fetido e velenoso. E’ un fluido decisamente pesante ed il Torr equivale alla pressione che serve per sostentare (mantenere fermo) nel capillare una colonna di un millimetro di mercurio. Questa pressione equivale a 133.3Pa (Pascal). La nostra pressione arteriosa, quindi, essendo molto lieve, si misura in Torr…Torricelli, la sua famiglia e la discendenza, ringraziano da sempre.pressione 1

Effettivamente, però, anche se nel sistema internazionale è stato adottato il Pa, la pressione viene misurata in bar (con b minuscola, perché non è esistito il Signor Bar)… 1bar equivale a circa 750Torr. La pressione atmosferica, essendo anch’essa di bassa entità, viene misurata (quasi sempre) in un sottomultiplo di bar: il Pub… …no, beh, scherzo! “’na birra scura, prego!”… …si misura in millibar (mbar). A livello del mare alla latitudine 45° alla temperatura ambiente di 15°C è di circa 1013mbar…esattamente 760Torr. Perché esattamente 760Torr? Perchè la pressione atmosferica sul livello del mare, manteneva in quei tubicini esattamente 760mm di mercurio. Evangelista Torricelli è stato il “padre” del Barometro, cioè lo strumento che misura la pressione atmosferica…alcune leggende dicono che le idee per la costruzione dei vari strumenti, il buon Evangelista le aveva solamente dopo l’illuminazione di un paio di pinte di birra…o di quello buono…da cui “bar-ometro”…ma gli storici sono un po’ combattuti su questo.

pressione 3Per vedere gli effetti della pressione atmosferica potreste fare questa lieta esperienza. Chi di voi ha la possibilità di fare passeggiate in montagna, oltre i 1000 metri di quota, avrebbe l’occasione di notare che, la bottiglietta d’acqua vuotata a quell’altezza e richiusa, senza schiacciarla, al ritorno a casa, con almeno un dislivello di 5/600mt, risulterebbe schiacciata. Questo succede perché chiudendo il tappo a quella quota, si imprigiona una pressione atmosferica minore di quella che si ha più in basso: la pressione atmosferica a valle, esercita una forza sulla bottiglietta più alta della forza esercitata dalla pressione interna imprigionata in quota. Avete costruito il movimento di un barometro detto “a polmone”.

Allo stesso modo, con forze più alte, vale per chi si immerge per il bagnetto in acqua. Chi riesce in apnea nuotando verso il fondo, viene investito dalla pressione dell’acqua. I timpani fanno quasi subito male, perché pressurizzati dalla colonna d’acqua sopra la testa. Chiudendosi il naso con le dita, e cercando di soffiare dallo stesso naso, si “compensa” la pressione interna del timpano con la pressione esterna dell’acqua…facendo in modo che il timpano non si dilani! Un male cane, ve lo assicuro!

In campo lavorativo, fors’anche in “gergo”, si dividono le pressioni in gioco in tre macro aree: bassa, media ed alta pressione. La bassa pressione va dal “vuoto” fino a circa 100bar, la media dai 100 ai 400bar, l’alta pressione fino anche a 5000bar e oltre: tutti ‘mbriaghi! Tanto per capirsi: se ipoteticamente avessi modo di inserire un fluido alla pressione di 100bar in una siringa da 12mm di diametro, io, che peso 100kg, verrei tranquillamente sollevato dallo stantuffo…come se il mio dito indice riuscisse a generare una forza di 113kg (12mm a 100bar). Bello no? Interessante?…

Ma perché generare pressioni così alte? Fino a circa 700bar, entrando quindi nell’alta pressione, si sviluppano macchine per il sollevamento di pesi enormi, i ponti ad esempio. Le pressioni oltre ai 1000bar, invece, servono per tagliare, bucare, distruggere un qualcosa che, con i mezzi tradizionali, si farebbe fatica a fare.

Il vuoto è quella pressione per cui si genera un risucchio…come per la siringa di prima, trainando lo stantuffo, generiamo una pressione negativa all’interno della stessa, che serve a inserire il liquido.

Perché parlo di pressione e non di depressione? Si deve distinguere la questione partendo dalla pressione “assoluta”. Generalmente si parla e si scrive di pressione relativa…relativa alla pressione atmosferica che è di circa 1bar (+ un paio di bicchieri). La pressione assoluta, invece, parte dallo zero assoluto, cioè la pressione dello spazio siderale (per convenzione a -1bar relativi). Il vuoto assoluto è praticamente impossibile generarlo: alla NASA riescono ad arrivare al 99,999% del vuoto assoluto, con pompe che costano quanto un camion con rimorchio, magari pieno di merce.

La pericolosità della pressione è direttamente proporzionale al tipo di fluido impiegato. Io ho decisamente più paura di 20bar di aria compressa che di 300bar di olio idraulico…perché?…presto detto… L’olio idraulico ha una densità molto inferiore a quella dell’acqua e decisamente più alta dell’aria. Trova nell’aria e nell’accelerazione di gravità una resistenza che ne fa demordere la “potenza”. Finché la “fuoriuscita” dell’olio idraulico in pressione è dovuta ad un foro sopra ad 1mm, non v’è pericolo…sotto a quel millimetro si adescano forze per cui il getto, violento per velocità, diviene perforante (dipende dalla pressione).

L’aria, invece, non trova resistenza alcuna. Il getto d’aria in pressione è devastante. Anche ai canonici 10bar del compressore comprato al Brico più scarso, possono essere deleteri, se soffiati verso una persona.

Ecco, spero di essere riuscito a divertirvi, spiegando ancora cosa ci succede attorno…

Se avete domande, fatele…ai depressi non risponderò (in questa sede).

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