LA FISICA
Nello SPORT
L'ATTRITO con i FLUIDI
Il Regime Laminare
La viscosità di un fluido si oppone al moto degli oggetti che sono immersi in esso e ostacola lo scorrimento del fluido stesso. Il comportamento di un fluido è molto complesso: può presentare vortici e schizzi. Esiste, però, una semplice condizione nella quale il fluido scorre in modo regolare e con una velocità così bassa da non creare vortici. Questa condizione si chiama regime laminare, infatti consideriamo il fluido formato da sottili lamine fluide che scivolano una sull’altra.
La lamina di fluido a contatto con la parete della conduttura risente della forza di attrito che la rallenta e ne ostacola il moto, questo rallentamento si trasmette per attrito a tutte le altre lamine di fluido, ma diventa sempre meno evidente all’aumentare della distanza dalla parete fissa.
All’aumentare della velocità di un corpo immerso in un fluido, aumenta anche la forza d’attrito, quest’ultima oltre che dalla velocità del corpo dipende anche dalla viscosità del fluido e dalla forza e dalle dimensioni del corpo. Per calcolare la forza di attrito di una sfera immersa in un fluido possiamo usare la legge di Stokes
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(eta)= coefficiente di viscosità, che dipende dal tipo di fluido e dalla sua temperatura.
r=raggio della sfera
v=velocità del corpo
Nel moto di caduta libera la velocità aumenta con l’aumentare del tempo (moto uniformemente accelerato), poiché la forza di attrito aumenta con l’aumentare della velocità del corpo, arriveremo ad un punto in cui forza peso (P=mg) e forza di attrito saranno uguali in modulo ma di verso opposto. In questo caso tutte le forza che agiscono sul corpo si equilibrano, quindi l’accelerazione è nulla, ed esso proseguirà la caduta con un moto rettilineo uniforme (primo principio della dinamica), con una velocità costante detta velocità limite.
Però quando un corpo si muove in un fluido, il moto del fluido attorno al corpo non è sempre di tipo laminare. Molto spesso il moto del fluido è turbolento, con formazione di vortici e di scia. In altri casi il moto incomincia con caratteristiche laminari e poi transita verso la turbolenza. La tipologia di fenomeni è molto varia e, spesso, di difficile trattazione quantitativa. L’attrito che il corpo subisce nel suo moto dentro il fluido dipende dal tipo di moto del fluido stesso e, quindi, in caso di moto turbolento, le formule precedentemente presentate cessano di valere. In questo caso di passa da un regime laminare ad uno turbolento.
In un regime turbolento la legge di Stokes non è più valida e per calcolare la forza di attrito dobbiamo usare un’altra formula...
Il Regime Turbolento
Nel Regime turbolento la velocità del corpo è tale da creare vortici intono ad esso,
in questo caso la forza di attrito aumenterà, non più all'aumentare della sola velocità, bensì all'aumentare del quadrato della velocità.
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Ecco quindi la formula dell'attrito in un regime turbolento.
Il Passaggio da un regime all'altro è indicato dal Numero di Reynolds
(Clicca sulla formula per approfondire)