Pascal
Unità derivata SI · grandezza: pressione, tensione meccanica
01 · Definizione
La pressione che esercita una forza di un newton distribuita uniformemente su un metro quadrato. L’unità è minuscola: l’atmosfera che ci circonda sono centomila pascal.
La piccolezza del pascal non è un difetto ma la conseguenza di aver costruito il sistema con onestà: è composto di newton e metro senza fattori di aggiustamento. La pratica se la cava con i prefissi — ettopascal nel bollettino meteo, chilopascal nella ventilazione, megapascal nell’idraulica, gigapascal nella scienza dei materiali. La proprietà essenziale della grandezza sta altrove: la pressione non dipende dalla forza, ma dall’area su cui quella forza si è posata. La stessa donna segna il parquet con un tacco a spillo e non lascia traccia con le scarpe da ginnastica, perché l’area d’appoggio differisce di duecento volte.
In un liquido in quiete la pressione si trasmette ugualmente in ogni direzione: è ciò che scoprì lo stesso Pascal. Di qui la pressa idraulica: la mano spinge il pistone piccolo, e su quello grande la medesima pressione, moltiplicata per un’area maggiore, dà una forza decine di volte superiore. Il cric, i freni e ogni pressa vivono di questa regola, che spiega anche perché la pressione sul fondo di un recipiente dipenda solo dall’altezza della colonna e non dal fatto che il recipiente sia stretto o largo.
02 · Conversione
Pascal, bar, atmosfere, millimetri di mercurio
Nessun mestiere usa il pascal puro: la meteorologia conta in ettopascal, i gommisti in bar, i medici in millimetri di mercurio, la tecnica americana in libbre per pollice quadrato.
L’atmosfera normale è definita come esattamente centounomilatrecentoventicinque pascal: la pressione di una colonna di mercurio alta settecentosessanta millimetri a zero gradi e sotto l’accelerazione di gravità normale. L’atmosfera tecnica è altra cosa: il chilogrammo-forza per centimetro quadrato, novantottomilasessantasei e mezzo pascal. La differenza è del tre per cento, e sulle vecchie targhe sovietiche compaiono entrambe.
| Unità | Nome | Valore | Dove si incontra |
|---|---|---|---|
| Pa | pascal, unità SI | 101325 | calcoli di fisica |
| hPa | ettopascal | 1013 | bollettino meteo |
| kPa | chilopascal | 101,33 | ventilazione, medicina |
| MPa | megapascal | 0,1013 | idraulica, resistenza |
| GPa | gigapascal | 1,013·10⁻⁴ | modulo elastico dei materiali |
| N/m² | newton al metro quadrato | 101325 | lo stesso che il pascal |
| bar | bar | 1,01 | tecnica, meteorologia prima del SI |
| atm | atmosfera normale | 1 | chimica, condizioni di riferimento |
| at | atmosfera tecnica, kgf/cm² | 1,03 | targhe sovietiche delle macchine |
| mmHg | millimetro di mercurio, il torr | 760 | medicina, tecnica del vuoto |
| psi | libbra per pollice quadrato | 14,7 | tecnica anglofona |
| Ba | baria, sistema CGS | 1013250 | acustica e fisica prima del SI |
Il newton al metro quadrato e il pascal sono la stessa cosa, la differenza è solo di scrittura. L’ettopascal è numericamente uguale al millibar, perciò il passaggio dei meteorologi al SI non richiese di cambiare i numeri consueti
03 · Ordini di grandezza
dal vuoto di un acceleratore alle viscere del SoleCentounomilatrecentoventicinque — l’atmosfera al livello del mare
04 · Strumenti di misura
Con che cosa si misura la pressione
Un tubo cavo a sezione ovale, avvolto ad arco, sotto pressione tende a raddrizzarsi, e questo movimento passa alla lancetta tramite una leva. Inventato nel 1849 e da allora quasi immutato: su ogni compressore e su ogni bombola sta proprio lui.
Una capsula ondulata svuotata dell’aria si comprime e si dilata seguendo l’atmosfera; una molla le impedisce di collassare. Uno strumento senza una goccia di mercurio, e per questo detto aneroide, senza liquido.
Una membrana incisa nel silicio si flette di qualche micron, e le resistenze integrate cambiano valore. Sensori simili stanno nel telefono, nell’automobile e nella stazione meteo, e costano meno di un manometro a lancetta.
Alle basse pressioni non c’è più membrana da flettere, e si misura altrimenti: dal calore sottratto a un filamento riscaldato. Più il gas è rarefatto, peggio porta via il calore, e dalla potenza di riscaldamento si deduce la pressione fino ai millesimi di pascal.
05 · Regole di scrittura
P maiuscola, a minuscola
Il simbolo deriva da un cognome e perciò inizia con la maiuscola, con la seconda lettera minuscola: Pa. Il prefisso si scrive attaccato e senza spazio, chilo in minuscolo, mega e giga in maiuscolo: kPa, MPa, GPa. Il simbolo russo è Па.
Una m minuscola significa milli, e i megapascal scritti mPa diventano millipascal: un errore di un miliardo di volte. Il terzo esempio è incompleto: in tecnica si indica quasi sempre la pressione relativa, contata dall’atmosfera, e senza indicazione la cifra è ambigua. La pressione assoluta si segna con la lettera a e quella relativa con g, il che nella documentazione anglofona appare come psia e psig.
06 · Unità vicine
Il bar è comodo per la vicinanza all’atmosfera, l’atmosfera è legata a una colonna di mercurio, e il pascal è l’unico a discendere dal sistema senza aggiustamenti.
centomila pascal
newton al metro²
760 mm di mercurio
Nelle schede vicine di Simetrium: newton, di cui il pascal è costruito, bar e atmosfera come unità fuori SI dello stesso scopo, psi per la tecnica anglofona, e millimetro di mercurio per la medicina.
07 · Sezione storica
Come si riconobbe che l’aria pesa
Un allievo di Galileo sigillò un tubo pieno di mercurio e lo rovesciò in una bacinella: la colonna scese a settecentosessanta millimetri e si fermò. Sopra rimase un vuoto che la scienza aveva fino ad allora ritenuto impossibile.
Blaise Pascal chiese al cognato di portare un barometro sulla cima di un vulcano d’Alvernia. La colonna di mercurio scese di otto centimetri: l’aria preme meno sulla montagna che sulla valle, e dunque l’atmosfera ha un peso.
Gli ingegneri contavano in chilogrammi-forza per centimetro quadrato, i meteorologi introdussero bar e millibar, i medici restarono ai millimetri di mercurio. Uno stesso manometro portava scale diverse a seconda del paese.
La Quattordicesima Conferenza Generale diede all’unità un nome proprio, benché esistesse nel sistema dal sessanta. I meteorologi passarono all’ettopascal senza dolore: è numericamente uguale al millibar.
Assoluta, relativa, e ciò che mostra lo strumento
Quasi ogni manometro misura non la pressione ma una differenza: dentro il tubo contro fuori. Per questo una ruota sgonfia segna zero pur avendo aria, e uno sfigmomanometro domestico dà centoventi millimetri sopra i settecentosessanta atmosferici. La pressione assoluta si ottiene aggiungendo quella atmosferica, ed è lei a entrare nelle equazioni di stato dei gas: confondere i due riferimenti resta l’errore più frequente nei calcoli termici. Una sottigliezza a parte riguarda la colonna di mercurio: la sua altezza dipende dalla densità del mercurio, e questa dalla temperatura, perciò la definizione stabilisce zero gradi e l’accelerazione di gravità normale. La medicina trascura questa correzione, la metrologia no, e i campioni primari di pressione oggi si costruiscono non sul mercurio ma su bilance di pressione, dove la pressione è fissata da masse note su un pistone di area misurata con precisione.
Catalogo · unità di misura
Una scheda per ogni grandezza
Sette unità di base del SI, ventidue derivate con nome proprio e le unità fuori sistema senza le quali non se la cavano né la tecnica né la vita di ogni giorno. Ognuna ha il suo foglio: definizione, conversione, strumenti, regole di scrittura. In 19 lingue.
Unità derivate SI con nome proprio
scheda del pascal apertaUnità di base del SI
in terracotta: il chilogrammo, il metro e il secondo, di cui il pascal è compostoUnità fuori SI
in terracotta: unità di pressione di altri sistemiLingua della scheda
19 lingue. Il simbolo Pa è internazionale, ma l’unità di uso quotidiano cambia: ettopascal nel bollettino europeo, pollici di mercurio in quello americano, millimetri di mercurio in quello russo.