Elena propone un esercizio:
Quale differenza di pressione occorre determinare alle due estremità di una cannuccia disposta verticalmente e lunga 15 cm, per aspirare una bevanda acquosa? Si stimi l'espansione dei polmoni necessaria a stabilire all'estremità superiore della cannuccia il vuoto parziale appropriato.
Ecco la mia risposta:
Supporremo:
- che la bevanda non sia gasata, o lo sia poco, in modo da essere sostanzialmente incomprimibile e da avere una densità molto vicina a quella dell'acqua;
- che l'attrito viscoso della bevanda con le pareti sia minimo;
- che l'aspirazione sia appena sufficiente a portare la bevanda all'estremità della cannuccia, dove la sua velocità risulterà pari a zero.
Sotto queste ipotesi possiamo applicare al problema la legge di Bernoulli:
gh1 + ½v12 + p1/ρ = gh2 + ½v22 + p2/ρ
ponendo v1 = v2 = 0, h1 = 0, h2 = 0,15 m, ρ = 1,0·103 kg·m–3.
Si ottiene Δp = ρgh2 = 1,5 kPa.
Supponiamo che il processo avvenga a temperatura costante. Allora, se la pressione dell'aria contenuta nei polmoni (e nella bocca e nella cannuccia) diminuisce di una frazione 1,5 kPa/101,3 kPa = 0,015, il volume deve aumentare della stessa frazione (legge di Boyle). Ipotizzando una capacità polmonare di 2 L, questo equivale a una variazione di volume polmonare di 30 cm3.