Meccanica: Le Basi del Movimento

Il movimento sembra qualcosa di ovvio, ma in realtà nasconde principi fisici fondamentali che ritroverai ovunque. La velocità media è semplicemente quanto spazio copri diviso il tempo che ci metti, mentre la velocità istantanea è quella che leggi sul tachimetro in un preciso momento.

Nel moto uniforme, la velocità rimane sempre costante e puoi prevedere dove sarà un oggetto usando la formula S(t) = V·t + S₀. L'accelerazione entra in gioco quando la velocità cambia: più rapido è il cambiamento, maggiore è l'accelerazione.

Il moto di caduta libera è quello che vedi quando lasci cadere qualcosa: ogni oggetto accelera verso il basso a 9,8 m/s². Nel moto circolare invece, anche se la velocità può essere costante, c'è sempre un'accelerazione verso il centro chiamata accelerazione centripeta.

Ricorda: La forza non serve per mantenere un movimento costante, ma solo per cambiarlo!

Energia e Fluidi: Dal Movimento alla Circolazione

L'energia è la capacità di compiere lavoro e si presenta in molte forme. L'energia cinetica dipende da quanto veloce si muove un oggetto, mentre l'energia potenziale dipende dalla sua posizione (pensa a un sasso in cima a una collina).

Il lavoro è l'energia che trasferisci a un oggetto attraverso una forza. Se sposti un libro su un tavolo, stai compiendo lavoro. Le forze conservative sono speciali: non importa il percorso che fai, il lavoro dipende solo dai punti di partenza e arrivo.

Passando ai fluidi, la densità ti dice quanto è "compatto" un materiale: l'acqua ha densità 1 kg/m³. La portata misura quanto fluido passa in un punto nell'unità di tempo, mentre la pressione è la forza distribuita su una superficie.

Curiosità: Il tuo corpo ha 96.000 km di vasi sanguigni - quasi 2,5 volte la circonferenza terrestre!

Il Sistema Circolatorio: Una Pompa Perfetta

Il tuo cuore è una pompa incredibile che sposta 5 litri di sangue al minuto attraverso due circuiti separati. Il primo porta sangue ossigenato ai tessuti, il secondo lo manda ai polmoni per ossigenarlo.

Il sistema funziona con due tipi di moto: stazionario (portata costante) e pulsatile (portata che varia ritmicamente). I capillari sono una ramificazione speciale dove non vale la normale equazione di continuità perché devi considerare la somma di tutte le superfici.

Nei fluidi reali come il sangue, le forze di attrito sono proporzionali alla velocità e rallentano il movimento. Il sangue è un liquido non omogeneo (ha componenti diverse) che scorre in condotti elastici (vene e arterie che si deformano).

Il moto pulsatile è tipico del sangue perché il cuore pompa in modo regolare. Questa pulsazione crea variazioni di pressione che senti come battito cardiaco.

Fatto interessante: In un solo battito cardiaco, il sangue può raggiungere velocità fino a 150 cm/s!

Viscosità: Perché il Sangue Non Scorre Come l'Acqua

La viscosità spiega perché l'olio scorre più lentamente dell'acqua. È una misura di quanto un liquido resiste al movimento delle sue parti. Nel regime laminare, il fluido scorre in strati ordinati come fogli che scivolano uno sull'altro.

La forza di attrito viscoso dipende dalla superficie di contatto, dalla velocità relativa tra gli strati e dalla distanza tra di essi. Il coefficiente di viscosità varia con il materiale: il sangue è circa 4 volte più viscoso dell'acqua.

Nel regime turbolento, invece, si creano vortici e il movimento diventa caotico e rumoroso. La transizione avviene quando si supera una velocità critica che dipende dalla viscosità del fluido e dal diametro del condotto.

Il regime laminare è silenzioso e richiede meno energia, mentre quello turbolento è rumoroso e meno efficiente. Ecco perché senti i rumori cardiaci quando il flusso diventa turbolento!

Attenzione: La viscosità del sangue aumenta quando fa freddo, rendendo la circolazione più difficile!

Il Sangue: Un Fluido Speciale

Il sangue ha proprietà uniche che lo rendono perfetto per il trasporto. La sua viscosità dipende dall'ematocrito (percentuale di globuli rossi): normalmente è il 40%, ma può variare per malattie o condizioni ambientali.

L'accumulo assiale è un fenomeno affascinante: i globuli rossi tendono a concentrarsi al centro dei vasi, riducendo la viscosità alle pareti. Questo rende il flusso più efficiente di quanto ci si aspetterebbe.

La velocità critica per il passaggio da regime laminare a turbolento si calcola con il numero di Reynolds. Nell'aorta, con raggio 0,8 cm, la velocità critica è circa 50 cm/s, mentre la velocità media è 42,5 cm/s.

Durante l'apertura della valvola aortica si ha moto turbolento, mentre nel resto del ciclo cardiaco il moto è laminare. La formula di Poiseuille descrive come la portata dipenda dalla differenza di pressione e dal raggio del vaso.

Conseguenze pratiche: L'anemia (poco ematocrito) aumenta la portata ma può causare ipossia durante lo sforzo!

Teorema di Bernoulli: Pressione e Velocità in Equilibrio

Il teorema di Bernoulli è fondamentale per capire come funziona la circolazione. Stabilisce una relazione tra pressione, velocità e altezza del fluido: se aumenta la velocità, diminuisce la pressione.

Per fluidi perfetti (senza attrito), l'energia totale rimane costante. Questa energia è la somma di tre componenti: energia cinetica (movimento), energia potenziale (posizione) e energia di pressione (forza del fluido).

Nella realtà, le forze di attrito viscoso causano dissipazione di energia, quindi la pressione tende sempre a diminuire lungo il percorso. È per questo che il cuore deve continuamente pompare per mantenere la circolazione.

Il teorema spiega fenomeni pericolosi come l'aneurisma (dilatazione che si autoalimenta) e la stenosi (restringimento che peggiora). Nel primo caso, la pressione aumenta e dilata ulteriormente il vaso; nel secondo, la pressione diminuisce e restringe ancora di più il passaggio.

Applicazione clinica: Il "furto della succlavia" è un esempio di come Bernoulli spieghi il flusso anomalo di sangue tra arterie!

La Pompa Cardiaca: Una Macchina Perfetta

Il cuore è una doppia pompa sincrona che gestisce due circuiti separati: uno verso i tessuti (sangue ossigenato) e uno verso i polmoni (sangue da ossigenare). Funziona con due fasi principali: sistole (eiezione) e diastole (riempimento).

Durante la sistole, i ventricoli si contraggono e spingono il sangue verso aorta e arteria polmonare. Durante la diastole, gli atri si riempiono di sangue che poi passa ai ventricoli. Le valvole garantiscono che il flusso vada sempre nella direzione giusta.

La potenza meccanica del cuore è il lavoro svolto nell'unità di tempo, misurata in Watt. Il rendimento del cuore come pompa è solo del 10-15%: la maggior parte dell'energia diventa calore per mantenere la temperatura corporea.

Il cuore può contrarsi in due modi: contrazione isotonica (cambia dimensione e compie lavoro utile) e contrazione isometrica (tensione senza movimento, energia che si dissipa in calore).

Numeri impressionanti: Gettata pulsatoria 60 cm³, frequenza 60-70 battiti/minuto, ci vogliono solo 86 secondi per far circolare tutto il sangue!