L’equazione di Bernoulli ha un importante ruolo nella dinamica dei fluidi ed è derivabile dalle leggi della meccanica Newtoniana.
Si può ricavare dal teorema dell’energia cinetica poiché rappresenta la formulazione del teorema della conservazione dell’energia nel caso di un moto di un fluido.
Secondo il teorema dell’energia cinetica il lavoro compiuto dalla forza risultante agente su un sistema uguaglia la variazione di energia cinetica del sistema
L’equazione di Bernoulli vale i fluidi incomprimibili e non viscosi ed è applicabile solo ai moti stazionari.
Formule
Esprime una relazione tra la velocità del fluido e la sua pressione ed è espressa come:
p + ½ ρv2 + ρgh = costante (1)
dove:
- p è la pressione assoluta
- ρ è la densità del fluido
- v è la velocità del fluido
- h è l’altezza rispetto a un punto di riferimento
- g è l’accelerazione di gravità
Si noti che il termine ½ ρv2 rappresenta l’energia cinetica per unità di volume. Infatti per definizione la densità è data dal rapporto tra massa e volume:
ρ = m/V
sostituendo il valore di ρ nell’espressione ½ ρv2 si ha:
½ ρv2 = ½ mv2/V = energia cinetica /V
Con ragionamento analogo si ottiene che il termine ρgh = mgh/V che rappresenta l’energia potenziale per unità di volume. Si consideri un fluido durante il suo percorso dal punto 1 al punto 2 che sono due punti qualsiasi del percorso
L’equazione (1) si esprime come:
p1 + ½ ρv12 + ρgh1 = p2 + ½ ρv22 + ρgh2 (2)
Fluidi statici
Si consideri un fluido statico in cui v1= v2 = 0
La (2) diventa:
p1 + ρgh1 = p2 + ρgh2
Si può semplificare ulteriormente l’equazione prendendo h2= 0. Si può infatti scegliere un’altezza pari a zero, prendendo tutte le altre altezze relative a questa. In tal caso, otteniamo
p1 + ρgh1 = p2
Secondo questa equazione nei fluidi statici la pressione aumenta con la profondità in accordo con la legge di Stevino
Equazione di Bernoulli a profondità costante
Un altro caso tipico è quello in cui il fluido si muove a profondità costante ovvero h1=h2 = h
Dalla (2) si ha:
p1 + ½ ρv12 + ρgh = p2 + ½ ρv22 + ρgh
ovvero
p1 + ½ ρv12 = p2 + ½ ρv22