Il moto dei fluidi: laminare e turbolento

Tutti i fluidi che scorrono all’interno di uno spazio confinato hanno una propria velocità. A seconda delle proprietà fisiche di tali fluidi, della loro velocità e delle caratteristiche geometriche del condotto in cui essi si muovono, è possibile stabilire il loro regime di moto.

In questo articolo approfondiremo proprio cos’è il regime di moto dei fluidi e quando il loro moto si dice laminare o turbolento.

• Il moto dei fluidi: l'esperimento di Reynolds
• Linee di flusso
• Condizione di aderenza
• Regime di moto dei fluidi

Il moto dei fluidi: l’esperimento di Reynolds

I primi studi significativi che hanno avuto come protagonista il moto dei fluidi sono stati condotti nel 1880 da Osborne Reynolds, che si occupò di svolgere diversi esperimenti per cercare di definire le leggi che governavano il moto dei fluidi all’interno di un condotto.

In particolare, aveva realizzato un sistema: vi era una cassa piena d’acqua all’interno della quale era presente un tubo di vetro alla cui estremità era presente un imbuto in legno. Il tubo era direttamente collegato ad una valvola che veniva azionata da una leva.

Dall’altro lato della cassa vi era un’ampolla che conteneva del liquido colorato e collegata attraverso un condotto allo stesso imbuto di legno. Era possibile in questo modo immettere il liquido colorato nella cassa d’acqua e quindi osservare anche le caratteristiche che il moto dell’acqua stessa aveva.

Grazie a questo esperimento, ha individuato elementi come le linee di flusso, la condizione di aderenza e, soprattutto, il regime laminare e turbolento dei fluidi.

Linee di flusso

Con il termine linea di flusso intendiamo una linea (retta o curva) che rappresenta al meglio la direzione verso cui si muove un fluido in un condotto.

Più precisamente, le linee di flusso sono quelle curve che si trovano sempre tangenti al vettore velocità delle particelle di fluido in movimento.

In poche parole, possiamo interpretarle come le curve rappresentanti il movimento del fluido all’interno del condotto

Condizione di aderenza

Ogni fluido che scorre all’interno di un condotto ha una propria velocità. Nonostante ciò, le sue particelle posizionate verso l’esterno, a contatto con le pareti del tubo entro cui esso si sta muovendo, hanno velocità nulla. Questo fenomeno si chiama condizione di aderenza.

Si tratta di una diretta conseguenza del fatto che ogni fluido viene fortemente influenzato dalle pareti a suo contatto. Se esso entra in contatto con un confine fermo, risulterà anch’esso a velocità nulla.

Regime di moto dei fluidi

Ogni fluido che scorre all’interno di un condotto avrà una propria velocità; allo stesso modo però le particelle più esterne che si trovano a contatto con la parete risulteranno ferme. Come conseguenza delle precedenti affermazioni, la velocità di un fluido dovrà passare da un valore nullo in corrispondenza delle pareti, ad un certo valore nella parte centrale. Essendo necessaria una continuità nello sviluppo delle velocità di un fluido, possiamo immaginarci che essa vari gradualmente da un valore all’altro.

In particolare, se il moto di un fluido è laminare (ossia se esso scorre senza alcun tipo di rimescolamento) oppure turbolento (caratterizzato da vortici e rimescolamenti), otterremo un profilo di velocità differente.

Nel regime turbolento, il fluido si muove in modo disordinato e procede con tanti rimescolamenti, proprio come accade quando il mare è mosso e abbiamo la sensazione che l’acqua continui a rimescolarsi continuamente.

Nel regime laminare, invece, le traiettorie del fluido sono rettilinee e non si presenta alcun tipo di rimescolamento durante il movimento, proprio perché procede in modo regolare.