Meccanica del flusso

Principio

L’effetto Doppler ad ultrasuoni viene utilizzato per studiare le leggi del flusso di liquidi costante e laminare in un circuito tubolare, che costituisce la base di numerose applicazioni tecniche. L’esperimento si concentra in particolare sulla relazione tra la velocità del flusso e l’area della sezione trasversale del tubo (condizione di continuità) nonché sulla relazione tra la resistenza al flusso e il diametro del tubo (legge di Hagen-Poiseuille). Se la geometria è nota, entrambe le relazioni possono essere utilizzate per determinare la viscosità o fluidità dinamica.

Vantaggi

• Eccellente esperimento introduttivo per studenti di medicina per insegnare i principi del flusso
• La configurazione dell’esperimento può essere variata ed essere utilizzata per altri esperimenti
• Configurazione dell’esperimento compatta
• I risultati possono essere letti facilmente su una scala

Attivita’ proposte

1. Determinare lo spostamento di frequenza Doppler medio e massimo per diverse velocità e diametri.
2. Calcolare la velocità media del flusso secondo la legge Doppler e le portate in base alla sezione trasversale del tubo nota e secondo l’equazione di continuità.
3. Misurare la caduta di pressione per le diverse velocità di flusso e diametri dei tubi con l’aiuto dei tubi verticali.
4. Calcolare la resistenza al flusso secondo la legge di Ohm in base alla caduta di pressione e alla portata. Esaminare la dipendenza della resistenza al flusso dal diametro del tubo (legge di Hagen-Poiseuille).
5. Calcolare la viscosità dinamica basandosi sulla legge di Hagen-Poiseuille e sulla geometria nota.
6. Calcolare il numero di Reynolds per i diversi diametri dei tubi in base alle velocità del flusso e fare una dichiarazione riguardante le caratteristiche del flusso dei diversi tubi.

Obiettivi formativi

• Effetto Doppler ad ultrasuoni
• Flusso stazionario, laminare e turbolento
• Equazione di continuità
• Equazione di Bernoulli
• Legge di Hagen-Poiseuille
• Velocità del flusso e resistenza al flusso (statica e dinamica)
• Pressione, scale di pressione
• Viscosità e fluidità
• Misure di flusso ad ultrasuoni