idraulica

Scienza che si occupa dei problemi relativi all’equilibrio e al moto dell’acqua e, in generale, dei liquidi; può considerarsi anche come la parte della fluidodinamica che si occupa dei fluidi incompressibili, i quali, con buona approssimazione, sono appunto l’acqua e gli altri liquidi ordinari.

Generalità

Si usa tradizionalmente dividere l’i. in due parti principali: l’idrostatica , che considera liquidi in quiete, e l’idrodinamica, che considera invece liquidi in moto; in particolare, l’idrostatica studia i problemi connessi all’equilibrio dei liquidi, al galleggiamento dei corpi ecc., mentre l’idrodinamica studia i problemi del moto di correnti in pressione a pelo libero, i problemi di efflusso (➔ foronomia; liquido). L’i. si può anche suddividere in i. teorica, costituente un’importante parte della fisica matematica, in particolare della meccanica dei sistemi continui; e in i. applicata (o i. pratica), che si occupa di tutti i problemi relativi alle macchine (turbine, pompe), alle costruzioni (dighe, bacini) e alle opere (canalizzazioni, bonifiche) idrauliche. Delle misure di grandezza relative ai liquidi (misure di livello, di portata) si occupa l’idrometria.

Cenni storici

I problemi oggetto dell’i. fin da epoche remotissime sono stati affrontati dall’uomo, che li ha risolti per lungo tempo empiricamente, pur realizzando opere di grande mole, alcune delle quali tuttora efficienti. Così, notizie di costruzioni e di macchine idrauliche si hanno già per i popoli dell’Egitto e della bassa Caldea, che dell’i. classica sono stati i precursori. I Greci costruirono non solo canali e serbatoi ma veri e propri acquedotti e anche vari e complessi tipi di macchine idrauliche (ruota idraulica, pompa, sifone, fontana intermittente); anche degli Etruschi si conoscono numerose opere idrauliche, quali, per es., i canali di scolo del Po.

I Romani furono abili idraulici, conobbero mezzi tecnici molto progrediti sia per la captazione di acque superficiali e sotterranee sia per il loro trasporto e accumulazione; numerosissimi e famosi sono i resti di acquedotti, cisterne, pozzi, canali, cunicoli di drenaggio, dighe di sbarramento, gallerie per emissari. Tra le opere che meglio rivelano la tecnica idraulica dei Romani si citano: la celebre Tagliata Etrusca (in realtà opera d’ingegneria romana del periodo repubblicano), emissario del Lago di Burano, facente parte degli impianti di bonifica di Cosa; lo sbarramento di Subiaco (alto 40 m e spesso 14 m, crollato nel 1305); lo sbarramento di Leptis, ad ali ricurve; la Cloaca Massima a Roma; lo scavo del Rio Martino, emissario delle Paludi Pontine; lo scavo della Fossa Tiberiana, che portava nel Nera le acque della piana reatina; la galleria che attraversa il colle Montefurado, in Spagna, lunga 400 m, per sviare il fiume Sil; la galleria che serve da emissario del Lago di Albano, costruita al tempo della presa di Veio; l’ardita galleria dell’emissario del Lago del Fucino, lunga 5642 m e con sezione di 5 m². Durante il Medioevo poche furono le opere idrauliche realizzate, se si prescinde da lavori di manutenzione e rifacimento di acquedotti e cisterne romane.

Dal punto di vista teorico, i più importanti studi dell’antichità furono quelli di Archimede. Nel 16° sec. le leggi dell’idrostatica furono precisate dal fiammingo Simon Stevin, seguito da G. Galilei e da B. Pascal. Si deve ricordare anche l’opera di Leonardo da Vinci, che in molti manoscritti trattò varie questioni di i., fissando concetti che solo qualche secolo dopo dovevano essere ripresi e affermati. Tra la fine del 16° sec. e il principio del 18° molti studiosi si occuparono di i.: tra gli italiani E. Torricelli indicava, nel 1644, la legge di dipendenza tra il carico e la velocità di efflusso dell’acqua da una luce, B. Castelli (1577-1643) e G.D. Guglielmini (1655-1710) ponevano le basi dell’i. fluviale. Fuori d’Italia D. Bernoulli enunciava nel 1726 il teorema che porta il suo nome. È da ricordare anche l’opera di H. Pitot, che nel 1732 propose un misuratore di velocità (tubo di Pitot).

Gli studi teorici di idrodinamica incominciano con l’opera di Eulero, che espose le tre equazioni del moto e l’equazione di continuità (1775), e sulla via segnata da lui e da L. Lagrange ha proceduto tutta una schiera di scienziati: G. Green, G.G. Stokes, H.L.F. Helmholtz, J.-H. Poincaré, L.-M.-H. Navier, E. Beltrami. Parallelamente, numerosi ricercatori si muovevano per via essenzialmente sperimentale: J.-C. Borda, J.-L.-M. Poiseuille, H.-Ph.-G. Darcy, H.-E. Bazin, W. Froude, O. Reynolds, G. Bidone, W. Kutter, A. Tadini, e altri, via via sino ai nostri giorni. Va peraltro rilevato che non pochi dei molti problemi di idrodinamica hanno ricevuto soluzione unicamente su base sperimentale ed empirica, sia pure sempre più raffinata e aggiornata.