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[Risolto] Problema di Fisica: Test di capacità polmonare

  

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I test di capacità polmonare dimostrano che gli adulti sono in grado di espirare 1,5 litri di aria attraverso la bocca in 1 secondo.
a) Se una persona soffia aria in questo modo attraverso una cannuccia che ha un diametro di $0,60 cm$, qual è la velocità dell'aria nella cannuccia?
b) Se l'aria dalla cannuccia viene diretta orizzontalmente lungo l'estremità superiore di una seconda cannuccia verticale inserita in un contenitore con dell'acqua, come mostrato nella figura, a quale altezza $h$ sale l'acqua nella cannuccia verticale?
[a) $53 m / s ;$ b) $19 cm$ ]

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Punto A:

chiamo Q la portata in volume e S la superficie della sezione della cannuccia

Q = v * S ----> v = Q / S = (1,5*10^-3 m^3/s) / [ (π/4) * (6*10^-3 m)^2 ] = 53,05 m/s

Punto B:

Bernoulli ci dice: (trascurando le variazioni di quota che non sono rilevanti in questo caso) p + (1/2)ρv^2 = costante. Applichiamo l'equazione di Bernoulli alle due estremità della cannuccia (le chiamo A e B, quindi pA = pressione in A, vA = velocità in A etc.):

pA + (1/2)ρ(vA)^2 = pB + (1/2)ρ(vB)^2

In B il liquido è fermo, quindi vB = 0

ricordiamo anche che ρ è dell'aria in questo caso, quindi lo scriviamo direttamente nella formula (ci sarà utile per non confonderci in seguito)

in conclusione abbiamo pB - pA = (1/2)(ρ aria)(vA)^2

Per trovare l'altezza della colonna di liquido, dobbiamo uguagliare la differenza di pressione al peso della colonna d'acqua:

pB - pA = (ρ acqua)*g*h

A questo punto abbiamo due espressioni diverse per la quantità pB - pA, le andiamo ad uguagliare ed otteniamo:

(1/2)(ρ aria)(vA)^2 = (ρ acqua)*g*h

Esplicitiamo l'incognita h:

h = [ (ρ aria)(vA)^2 ] / [ 2*(ρ acqua)*g] = [1,29 kg/m^3 * (53,05 m/s)^2] / [2* 1000 kg/m^3 * 9,81 m/s^2] = 0,185 m = 185 mm di colonna d'acqua

@alexmath 👍👌👍



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SOS Matematica

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