L'equazione di Bernoulli e l'equazione di Poiseuille

L'equazione di Bernoulli può essere intesa come caso limite dell'equazione di Poiseuille quando il coefficiente di viscosità tende a zero? Come si dimostra?
L'equazione di Poiseuille è ricavata solo per tubi orizzontali: nel caso generale come va scritta?
Mario Fabbri
1 ottobre 2003
Il limite di viscosità nulla dell'equazione di Poiseuille (intesa come equazione per la portata di un tubo cilindrico percorso da un fluido viscoso) non può essere derivato tramite il teorema di Bernoulli.

Il teorema di Bernoulli descrive il moto di un fluido perfetto (incomprimibile e non viscoso) all'interno di un tubo di flusso. Le forze agenti sulle pareti laterali del tubo sono a esse perpendicolari. È quindi impossibile identificare il tubo di flusso con un tubo reale dove, al contrario, sono presenti forze tangenziali che rendono sempre nulla la velocità del liquido sulla superficie laterale per qualunque valore della viscosità. Questa caratteristica è tenuta in debito conto nella derivazione dell'equazione di Poiseuille.

È da notare inoltre che l'equazione di Poiseuille non fornisce risultati attendibili al diminuire della viscosità, a parità di ogni altro parametro (per esempio la caduta di pressione alle estremità del tubo). Essa assume che il moto del fluido sia laminare mentre a bassa viscosità deve attendersi un moto turbolento.

L'estensione dell'equazione di Poiseuille per descrivere il moto in tubi non orizzontali (in presenza di gravità) è possibile ricorrendo alle equazioni dell'idrodinamica (equazione di Navier-Stokes). In casi semplici si ottengono risultati analitici. Citiamo per esempio il moto di uno strato di fluido di spessore finito su di un piano inclinato. La derivazione (elementare) è riportata nel volume VI del Corso di Fisica Teorica di L. Landau e E. Lifchitz (Edizioni Mir), nella parte dedicata alla meccanica dei fluidi.

Dino Leporini Dipartimento di Fisica "Enrico Fermi", Università di Pisa

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