MECCANICA e DINTORNI

Salve amici, premetto che molti termini specifici utilizzati su questo forum mi risultano profondamente avulsi, non avendo familiarità col settore. Inoltre, non ho alcuna esperienza circa le fondamenta della meccanica, dal momento che ho affrontato tutto sempre in un ambito piuttosto teorico e speculativo quale la fisica liceale.
Ciò che mi propongo di fare è quanto segue:
Vorrei costruire una specie di propulsore ad aria compressa tenendo presente la definizione stessa di pressione, ovvero P = Fp/S

Passo primo: l'impianto di propulsione
Avendo la possibilità di riempire una bombola con una pressione interna di 8 bar ergo 8*10 N/cm^2 intendo, vostro aiuto permettendo, far fuoriuscire dal forellino di 1 cm^2, applicato sulla bombola appunto, una forza di 80N.
La domanda ai vari esperti di fisica è la seguente: dal momento che la pressione applicata nella superficie interna del contenitore d'aria è uguale in ogni punto della superficie, suppongo che effettivamente anche nella valvola di 1 cm^2 la pressione sarà identica: 10N

Tenuta conto la massa molare media dell'aria (29,46 g/mol) e la sua densità per cm^3, è possibile calcolare l'accelerazione istantanea delle particelle d'aria attraverso la definizione di forza? (F = m*a) e invertendo pertanto tale formula? (a = F/m)

Dove la forza è nota (10N) e la massa calcolabile valutandone massa molare e densità media? (1,293 kg/m³)

Ciao, scusa ma io con i numeri non vado per niente d'accordo... Ho un allergia denominata "matematicus" ne soffro da quando avevo meno di 10 anni... Comunque a mio modesto parere vorresti costruirti un razzo partendo da una bombola? Se vuoi fare una cosa del genere, ti conviene dare un occhiata su internet cercando "water rockets", di sicuro hai meno spesa e puoi valutare al meglio i tuoi "risultati matematici" Oppure vuoi costruire un propulsore tipo motore a reazione?

L'obiettivo finale è quello di far muovere qualcosa (un sistema fisico) partendo dalla propulsione dell'aria e catturarne poi la velocità istantanea... che sia poi applicato ad un razzo o ad un motore a reazione, voglio creare un propulsore!

Capito le tue intenzioni, a parte gli scherzi se vuoi partire con un propulsore il più semplice da fare a parer mio è appunto quei razzi ad acqua... In fin dei conti hai poca spesa, pochi materiali che di sicuro hai in casa e hai dei risultati... Sembrano cavolate ma pure lì c'è un po di studio... Mentre quello del motore a reazione è più una cosa complicata con bisogno di attrezzature e ovviamente con spese maggiori.. E poi avresti una cosa che per i tuoi scopi non andrebbe bene perchè quelli che ho visto sulla rete sono tutti "statici"...

O magari pensavo di collegare la valvola ad un tubicino e sparare quindi piombini a raffica.

Allora, se vuoi creare un motore a getto, la cosa è relativamente semplice meccanicamente parlando, ma considera che le prestazioni saranno basse rispetto ad esempio ad un motore a pistone.

a conti però un motore a getto, è un po più complesso da gestire che non un motore a pistone, quindi cercherò di esser breve:
nel modo in cui hai scritto tu, tu ottieni una spinta di un kg, anzi anche qualcosina in più, ma la tua bombola si svuoterà in pochi secondi.
con un calcolo molto approssimativo, hai un "consumo" di aria di 0,33 kg al secondo, corrispondente a 269 litri "ambiente" al secondo.
se in un serbatoio di 200 litri, a 8 bar, ci stanno 1600 litri "ambiente", vuol dire che dura circa 6 secondi (poi in realtà durerà un po di più, anche 20 secondi magari, ma la anche la tua forza cadrà inesorabilmente con l'abbassarsi della pressione del serbatoio ;) )

allora, dai un occhiata a questo: http://it.wikipedia.org/wiki/Ugello_di_scarico, non è semplicissimo, ma ti può dare un idea della cosa.
la spinta data da un ugello è data dalla portata (in massa) per la velocità di efflusso, + la differenza di pressione (nel caso di ci sia).
la velocità del fluido puoi calcolarla con il teorema di bernoulli: 0,5 * densità * Velocità^2 = pressione statica (quella nel serbatoio).
http://it.wikipedia.org/wiki/Equazione_di_Bernoulli

la velocità non può superare quella del suono (340 m/s) a meno di non adottare un ugello di de laval, quindi a conti fatti, tu puoi sfruttare in pratica un solo bar di quegli 8 che hai a disposizione per accelerare il flusso, mentre gli altri 7 vengono "sprecati" come spinta di pressione (quella che hai giustamente citato tu all'inizio del tuo messaggio)
quel singolo bar però ti dà una spinta di 14 Newton, quindi pari a 1,4 kg, ben il 40% in più rispetto alla sola forza di pressione (1 kg per cm^2)
per sfruttare tutti i tuoi 8 bar devi utilizzare un ugello supersonico ("de laval") che è un po più complicato da progettare, ma ce la si può fare, anche in via del tutto intuitiva.

in ogni caso, una cosa importante: nella sezione di gola tu avrai sempre una velocità sonica, e questa determina la tua portata in massa... ovvero, con 1 centimetro quadro di sezione di gola, tu avrai sempre quel consumo mostruoso di cui ti ho detto, quindi ben poco sfruttabile purtroppo.