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Esercizio sui vasi comunicanti

Esercizio svolto sui vasi comunicanti

Nei due rami di un un tubo a U vengono versati rispettivamente dell'olio (densità dell'olio = 920 kg/m3) e dell'acqua (densità 1000 kg/m3).

Una volta raggiunto l'equilibrio l'altezza del ramo contenente olio è 20 cm.

Se il raggio del ramo in cui è presente l'acqua è pari a 7 cm, quanta massa d'acqua è presente in quel ramo?

Svolgimento

Il problema presenta una situazione in cui sono presenti due vasi comunicanti.

I due vasi contengono due differenti fluidi di densità pari a:

ρolio = 920 kg/m3

ρacqua = 1000 kg/m3

Per il principio dei vasi comunicanti, le pressioni ai due rami del contenitore deve essere la medesima:

P1 = P2

Ora ciò che agisce in ogni ramo è:

  • la pressione atmosferica Patm;
  • la pressione della colonna di liquido che si trovano rispettivamente ad altezza h1 ed h2 (h1 = 20 cm = 0,2 m).

Calcoliamo la pressione in ogni ramo:

P1 = ρolio · g · h1 = 920 · 9,8 · 0,2 = 1803,2 Pa

P2 = ρacqua · g · h2 = 1000 · 9,8 · h2= 9800 · h2

Poiché:

P1 = P2

1803,2 = 9800· h2

da cui ricaviamo l'altezza a cui arriva l'acqua nel secondo ramo:

h2 =1803,2/9800 = 0,18 m

Il ramo contenente l'acqua ha la forma di un cilindro con raggio di base pari a:

r = 7 cm = 0,07 m

Per cui il volume d'acqua contenuto è pari al volume del cilindro ovvero:

V = Area di base x altezza = π·r2· h2

V = 3,14 · (0,07)2 · 0,18 = 0,0028 m3

Dalla definizione di densità come rapporto tra massa e volume:

ρacqua = m/V

ricaviamo la massa m dell'acqua:

m = ρacqua · V = 1000 · 0,0028 = 2,8 kg

Pertanto la massa d'acqua contenuta nel ramo del tubo a U è pari a 2,8 kg.

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