La fluidodinamica: cos’è e a cosa serve

Lo studio della fluidodinamica potrebbe sembrare un argomento di nicchia, esclusivo dei fisici. Nel linguaggio quotidiano quando parliamo di "fluidi" ci riferiamo ai liquidi, in particolare a qualcosa come può essere, ad esempio, un flusso d'acqua.

Tuttavia, la fluidodinamica non riguarda solo questo, sarebbe semplicistico ricondurla solo alla materia liquida. Infatti, oltre ad essere utile per comprendere cose come le correnti oceaniche, la fluidodinamica ha applicazioni in aree come la tettonica delle placche, l'evoluzione delle stelle, la circolazione sanguigna e la meteorologia (e tanto altro).

Entriamo nel dettaglio e scopriamo cos’è la fluidodinamica, i suoi scenari di studio e le sue applicazioni.

 

 

Cos’è la fluidodinamica 

La fluidodinamica è quella branca della scienza applicata che si occupa del movimento di liquidi e gas. È uno dei due rami della meccanica dei fluidi, ovvero della materia che si occupa dello studio dei fluidi e del modo in cui le forze li influenzano. L'altro ramo riguarda invece la statica dei fluidi, che si occupa dei fluidi a riposo.

Poiché il liquido più comune sulla Terra è l'acqua e il gas più comune è l'aria, la fluidodinamica comprende anche lo studio di queste ultime, talvolta chiamate rispettivamente idrodinamica e aerodinamica.

A tal proposito uno dei principali risultati della fluidodinamica riguarda il successo nella comprensione che, in un’ampia serie di condizioni, il flusso dell'aria e il flusso dell'acqua possono essere affrontati utilizzando lo stesso insieme di equazioni della fisica.

La fluidodinamica implica il calcolo di varie proprietà del fluido, come la velocità del flusso, la pressione, la densità e la temperatura, in funzione dello spazio e del tempo.

 

 

Gli scenari di studio 

Gli scenari studiati in fluidodinamica possono essere classificati nella seguente maniera:

  • In base alla velocità del fluido o dalle proprietà del materiale fluido stesso: La velocità del fluido – o equivalentemente, di un oggetto solido rispetto al fluido – può essere subsonica, supersonica o ipersonica, a seconda che sia minore, maggiore o considerevolmente maggiore della velocità del suono nel fluido. Le velocità ipersoniche sono generalmente considerate almeno 5 volte la velocità del suono.

  • I fluidi possono anche essere classificati come comprimibili o incomprimibili a seconda che il volume del fluido si comprima all'aumentare della pressione. Sebbene nessun fluido sia perfettamente incomprimibile, l'acqua e molti liquidi possono essere modellati come tali, il che aiuta a semplificare le equazioni matematiche governanti. I gas devono essere modellati come comprimibili, poiché il volume di un gas varia considerevolmente al variare della pressione.

 

 

Le applicazioni

Ma passiamo alle questioni più pratiche: a quali campi viene applicata la fluidodinamica?

Pensiamo alla grande quantità di acqua e di atmosfera che ci circonda. Il corpo umano è composto al 95% di acqua, la superficie della Terra è coperta per i suoi due terzi di acqua e, infine, l’atmosfera si estende per ben 17 km al di sopra dei nostri piedi. Possiamo tranquillamente affermare che non mancano i campi di applicazione sul nostro pianeta.

La fluidodinamica può essere applicata nei seguenti campi (ma anche in tanti altri, questi sono solo alcuni esempi):

  • Geologia e geofisica: la tettonica delle placche implica lo studio del movimento della materia riscaldata all'interno del nucleo liquido della Terra.

  • Ematologia ed emodinamica: lo studio biologico del sangue include lo studio della sua circolazione attraverso i vasi sanguigni e la circolazione sanguigna può essere modellata utilizzando i metodi della fluidodinamica.

  • Oceanografia, meteorologia e scienza del clima: lo studio delle scienze atmosferiche e delle correnti oceaniche sono cruciali per comprendere e prevedere i modelli meteorologici e le tendenze climatiche. Queste discipline si basano fortemente sulla dinamica dei fluidi.

  • Aeronautica: la fluidodinamica implica lo studio del flusso d'aria per creare resistenza e portanza, che a loro volta generano le forze che consentono agli aerei di alzarsi in volo.

  • Astrofisica e cosmologia: Il processo di evoluzione stellare comporta il cambiamento delle stelle nel tempo, che può essere compreso studiando come il plasma che compone le stelle scorre e interagisce all'interno della stella nel tempo.

  • Analisi del traffico: sorprendente, vero? Il traffico può essere considerato come una singola entità che si comporta in modo simile al flusso di un fluido.

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