Formule peso specifico e definizione

L’analisi del comportamento dei materiali, sia in ambito ingegneristico sia nelle scienze naturali, passa inevitabilmente attraverso lo studio delle loro proprietà fisiche fondamentali. Tra queste, il peso specifico occupa un ruolo di rilievo perché permette di collegare la massa di una sostanza alla forza con cui essa viene attirata verso il basso dal campo gravitazionale terrestre. Sebbene spesso venga confuso con la densità — con cui è strettamente correlato ma non sinonimo — il peso specifico introduce nel ragionamento un elemento dinamico: la forza peso, e quindi l’influenza della gravità.

In modo qualitativo, il peso specifico esprime quanto pesa un certo volume di materiale, fornendo un’indicazione immediata non solo sulla sua “pesantezza”, ma anche sul modo in cui esso interagirà con l’ambiente fisico circostante. Questa grandezza diventa fondamentale per progettisti, fisici, geologi, architetti e tecnici dei materiali, perché aiuta a prevedere come un corpo si comporterà in termini di stabilità, galleggiamento, resistenza strutturale e trasporto.

Dal punto di vista teorico, il peso specifico è definito come il rapporto tra il peso di un corpo e il volume che esso occupa, coinvolgendo quindi sia la densità della sostanza sia l’accelerazione di gravità. La sua natura di grandezza vettoriale — poiché deriva da una forza — lo distingue da molte altre proprietà dei materiali e aiuta a comprendere fenomeni che vanno dall’idrostatica alla geotecnica, dalla progettazione di infrastrutture alle tecniche di movimentazione dei fluidi.

Nella pratica, conoscere il peso specifico significa poter valutare la capacità di un materiale di sostenere carichi, di galleggiare o affondare in un fluido, o di esercitare pressione sul terreno o su altre strutture. È un parametro di riferimento nella scelta dei materiali da costruzione, nella classificazione delle rocce e dei terreni, e nella progettazione di dispositivi che devono funzionare in aria o in acqua. Anche in ambito industriale il suo valore è determinante, ad esempio nel dimensionamento di serbatoi, nell’ingegneria dei trasporti e nel controllo di qualità di fluidi, polveri e prodotti granulari.

Comprendere in profondità il peso specifico significa dunque cogliere un legame essenziale tra le proprietà intrinseche dei materiali e gli effetti delle forze che agiscono su di essi. È una grandezza semplice nella definizione, ma ricca di implicazioni pratiche e concettuali, capace di illuminare una vasta gamma di fenomeni fisici e applicazioni tecnologiche.

Formulazione

Esso è indicato abitualmente con la lettera γ è quindi dato dall’equazione:
γ = P/V

Poiché la forza peso è definita come:
P = m · g
dove:
m è la massa espressa in chilogrammi
g è l’accelerazione di gravità espressa in m/s²

si ha:
γ = m · g/V
dalla definizione di densità:
d = m/V
sostituendo nell’espressione del peso specifico si ha la sua correlazione con la densità secondo l’equazione:
γ = d · g

Diversamente dalla densità il peso specifico non è assoluto ma, dipendendo dall’accelerazione di gravità, sulla Terra, dipende dalla latitudine e longitudine. Sugli altri pianeti del sistema solare dipende dall’accelerazione di gravità tipica di ciascun pianeta.

Peso specifico e temperatura

I solidi e i liquidi, pur soggetti a dilatazione termica a seguito di un aumento di temperatura, non mostrano significative variazioni di volume. D’altra parte, sia i solidi che i liquidi sono considerati incomprimibili, pertanto anche la variazione di pressione non influenza il volume in modo significativo.

Invece la densità di un gas è fortemente influenzata sia dalla pressione che dalla temperatura secondo la relazione:

d= pM/RT

dove p è la pressione, M è il peso molecolare, R la costante universale dei gas e T la temperatura.

Ciò implica che la densità e quindi il peso specifico dei gas aumenta all’aumentare della pressione a temperatura costante. Invece un aumento di temperatura a pressione costante determina un aumento di densità

Il peso specifico sugli altri pianeti

A seconda della massa e del raggio di un pianeta si può calcolare l’accelerazione di gravità e quindi la forza peso di un corpo.

Si supponga che un corpo abbia massa 70 kg e volume di 1 m³ . Sulla Terra il suo peso è pari a P = 70 kg · 9.8 m/s² = 686 N

Il suo peso specifico è quindi:

γ = 686 N/1 m³ = 686 N/m³

In quale pianeta questo corpo ha il peso specifico minore?

Dall’analisi delle diverse accelerazioni di gravità si ha che essa, per Plutone, è di soli 0.61 m/s². Pertanto il corpo ha peso pari a P = 70 kg · 0.61 m/s² = 42.7 N

Pertanto γ = 42.7 N/ 1 m³ = 42.7 N/m³

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