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Pressione dinamica

1738
  • Daniel Bernoulli
Configurazione della galleria del vento con tubo di Pitot per la misurazione della pressione dinamica nella meccanica dei fluidi.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Dinamico pressione, indicata con [latex]q[/latex] o [latex]Q[/latex], è l'energia cinetica per unità di volume di un fluido. È definita dalla formula [latex]q = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex], dove [latex]\rho[/latex] è la densità locale del fluido e [latex]u[/latex] è la velocità del fluido. Questa quantità è fondamentale nella fluidodinamica per quantificare la pressione derivante dal moto del fluido.

The concept of dynamic pressure originates from the conservazione dell'energia for a moving fluid. It represents the portion of the fluid’s total energy associated with its bulk motion. The formula [latex]q = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex] can be derived by considering the kinetic energy ([latex]E_k = \frac{1}{2} m u^2[/latex]) of a small parcel of fluid with mass [latex]m[/latex] and volume [latex]V[/latex]. Since density [latex]\rho[/latex] is mass per unit volume ([latex]\rho = m/V[/latex]), the kinetic energy per unit volume is [latex]E_k/V = (\frac{1}{2} m u^2)/V = \frac{1}{2} (m/V) u^2 = \frac{1}{2} \rho u^2[/latex]. This result shows that dynamic pressure is not a pressure in the conventional sense of a normal force per unit area exerted by molecular collisions (which is static pressure). Instead, it is a scalar quantity with units of pressure (Pascals in SI units) that conveniently represents the kinetic energy density of the flow. This distinction is crucial; dynamic pressure cannot be measured directly by a standard pressure gauge oriented parallel to the flow. It can only be measured by bringing the fluid to a stop isentropically, converting its kinetic energy into a measurable pressure increase.

Storicamente, le basi furono gettate da Daniel Bernoulli nella sua opera del 1738 *Hydrodynamica*. Mentre egli formulò il principio generale di conservazione dell'energia nei fluidi, l'isolamento esplicito e la denominazione della "pressione dinamica" come termine distinto divennero più comuni con lo sviluppo della moderna fluidodinamica e aerodinamica tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo. La sua utilità risiede nella semplificazione di complesse equazioni della fluidodinamica. Ad esempio, in molti calcoli aerodinamici, le forze vengono adimensionalizzate utilizzando la pressione dinamica, che consente il confronto delle prestazioni aerodinamiche di oggetti di diverse dimensioni a diverse velocità e in diversi fluidi, purché altri parametri come la Numero di Reynolds sono abbinati. Ciò la rende una grandezza fondamentale per i test in galleria del vento e la fluidodinamica computazionale (CFD).

UNESCO Nomenclature: 2210
- Meccanica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Le leggi del moto di Isaac Newton
  • Concetto di energia cinetica ([latex]E_k = \frac{1}{2}mv^2[/latex])
  • Primi concetti di pressione e densità
  • Principi di conservazione dell'energia

Applicazioni

  • progettazione di aeromobili (calcolo della portanza e della resistenza)
  • progettazione del misuratore Venturi per la misurazione del flusso
  • Funzionamento del tubo di Pitot per la misurazione della velocità dell'aria
  • previsioni meteorologiche (analisi dei carichi del vento sulle strutture)
  • progettazione automobilistica (ottimizzazione aerodinamica)
  • ingegneria civile (carico del vento su ponti ed edifici)

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • facciate edilizie adattive che cambiano forma per ridurre al minimo il carico del vento in base ai dati dei sensori di pressione dinamica in tempo reale
  • abbigliamento sportivo intelligente con sensori integrati per misurare la pressione dinamica dell'aria o dell'acqua, fornendo feedback per ottimizzare la forma e ridurre la resistenza
  • drone flight controllers that use dynamic pressure calculations for more accurate energy consumption estimates and extended flight times
  • modelli meteorologici avanzati che utilizzano campi di pressione dinamica per prevedere meglio i potenziali danni strutturali causati da tempeste e uragani
  • dispositivi medici impiantabili che monitorano il flusso sanguigno calcolando la pressione dinamica per rilevare stenosi o aneurismi
  • sistemi di controllo dinamici basati sulla pressione per veicoli autonomi sottomarini (auv) per mantenere un'efficienza di crociera ottimale in correnti variabili
  • sistemi di irrorazione agricola che regolano la pressione dell'ugello e la dimensione delle goccioline in base alla pressione dinamica del vento ambientale per ridurre al minimo la deriva
  • sistemi HVAC ad alta efficienza che modulano la velocità della ventola in base alle misurazioni della pressione dinamica all'interno dei condotti per risparmiare energia
  • sistemi di sicurezza nei treni ad alta velocità che utilizzano la pressione dinamica per prevedere e contrastare l'instabilità indotta dal vento trasversale
  • mostre museali interattive che consentono agli utenti di visualizzare i campi di pressione dinamica attorno agli oggetti in una galleria del vento virtuale
Correlato a: pressione dinamica, dinamica dei fluidi, energia cinetica, densità dei fluidi, velocità dei fluidi, principio di Bernoulli, pressione, aerodinamica, flusso incomprimibile, meccanica dei fluidi.

Contesto storico

Pressione dinamica

1678
1687
1687
1738
1750
1785
1788
1672
1687
1687
1738
1750
1757
1788
1800

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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