Fluidos
Podemos encontrar, na natureza, as substâncias nos estados: sólido, líquido ou gasoso.
• Sólido: A substância apresenta forma e volume bem definidos.
• Líquido: A substância tem a forma do recipiente que a contém e volume bem definido.
• Gasoso: A substância tem a forma do recipiente que a contém e ocupa todo espaço desse recipiente.
Vamos usar muito, daqui em diante, o termo fluido que diz respeito aos líquidos e gases. Fluido refere-se a uma porção líquida ou gasosa.
Hidrostática
Estamos iniciando o estudo de uma parte importantíssima da Física que é a hidrostática. A Hidrostática é a parte da Física que estuda os fluidos em equilíbrio. Dada uma determinada porção de uma substância:
(2> E m -* massa da substância V —> volume da porção
Essa porção possui uma massa m e volume V. Define-se a massa específica de uma substância como a razão entre a sua massa e o correspondente volume. A massa específica de uma determinada substância é constante. Então, a sua massa é diretamente proporcional ao volume ocupado.
Unidades
No SI:
m -> kg V->m3
H, -»kg/m3
Existem outras unidades muito utilizadas, como kg/L e g/cm3.
Conversão:
1g/cm3 = í5^ = 1kg/L 1(T3 L
_o
1g/cm3 = – -^-=103 kg/m’ 10″6 m3
Portanto:
1 g/cm3 = 1 kg/L = 103 kg/m3
A tabela abaixo mostra alguns exemplos da massa específica de algumas substâncias:
Substância p (g/cm3)
Cortiça 0,24
Gasolina 0,70
Gelo 0,92
Água 1,00
Água do mar 1,03
Glicerina 1,25
Alumínio 2,70
Ferro 7,86
Cobre 8,90
Prata 10,50
Chumbo 11,30
Mercúrio 13,60
Ouro 19,30
Platina 21,40
Densidade (d)
Fazendo-se a razão entre a massa e o volume de um corpo qualquer, encontramos a densidade dele. m —> massa do corpo V -> volume do corpo (inclui a parte vazia). As unidades da densidade são 4fc as mesmas da massa específica. É importante perceber que um sólido oco apresenta densidade menor do que a massa específica do material que o constitui.
Densidade Relativa
Em determinadas situações, podemos encontrar apenas o termo “densidade relativa” de uma determinada substância. Se essa situação não se referir a quem foi medida a densidade relativa, considera-se em relação à água. Por exemplo, quando se diz apenas que a densidade relativa do ferro é 7,8, significa que esse resultado é a densidade do ferro em relação à da água. Tal comparação é feita com a água na temperatura de 4°C, cuja massa específica é de 1 g/cm3. O peso específico de uma substância é determinado pela razão entre o peso dela e o correspondente volume:
p —>peso específico da substância. Unidade
No SI, a unidade do peso específico é N/m3.
Pressão
Vamos considerar uma superfície de área A que recebe a ação de uma força normal F. Define-se: Pressão é a força normal à superfície por unidade de área. Se a força for inclinada com ângulo a (0° < a < 90°) em relação à normal da superfície, consideramos então a componente da força normal normal à superfície para o cálculo da pressão. Unidade No SI: p -> N/m2 = pascal (Pa)
Observação:
A pressão é uma grandeza escalar, ou seja, ela não admite direção e sentido. No cotidiano, as pessoas confundem pressão com força. Por exemplo:
• Um açougueiro, para cortar carne com uma faca, necessita fazer uma determinada pressão; para tanto, quanto mais afiada estiver a faca (menor área), ele fará menos força.
• Comprima com força o polegar no seu braço e a seguir comprima com a mesma força a ponta de uma caneta novamente no seu braço. Qual dói mais? Sendo a força constante, a pressão é inversa mente proporcional à área, portanto a ponta da caneta que possui menor área gera maior pressão.
• Para pedalar uma bicicleta num local de areia, o pneu dela deve ser largo; do contrário (tendo menor área), haverá maior pressão e o pneu irá afundar na areia.
Princípio de Pascal e Pressão em Fluidos
Líquido Ideal
No estudo da hidrostática, vamos utilizar os fluidos, principalmente os líquidos. Vamos considerar, nesse estudo, os líquidos como sendo ideais. Um líquido é considerado ideal quando ele for incompressível e a viscosidade for nula.
Princípio de Pascal
O filósofo, físico e matemático francês Blaise Pascal (1623-1662) enunciou que: O acréscimo de pressão dado a um ponto de um líquido ideal e em equilíbrio se transmite integralmente para todos os pontos desse líquido e das paredes do recipiente na qual ele está contido. Essa força gera um aumento de pressão na superfície do líquido Ap-| e todos os pontos desse líquido sofrerão o mesmo acréscimo de pressão: Ap1 = Ap2.
Prensa Hidráulica
A prensa hidráulica consiste numa das aplicações do Princípio de Pascal. fi -> força aplicada em 1; F2 -»força aplicada em 2; A-| -> área de secção do cilindro no qual se encontra o êmbolo 1; A2 -> área de secção do cilindro no qual se encontra o êmbolo 2; Se Ap-| = Ap2. Como o líquido é ideal (considerado incompressível), o decréscimo de volume no êmbolo 1 é igual ao acréscimo no êmbolo 2, então:
AV-, = AV2
Como AV = A . d => ai . d-| = A2 . d2
_ A2 . d2 1= ~dT
F1 • d-i = F2 . d2
O êmbolo que recebe uma força de menor intensidade sofre um deslocamento maior do que o outro êmbolo. Podemos, então, escrever que ao aplicar uma força F no êmbolo: O êmbolo de menor área, portanto, recebe uma força de menor intensidade do que o êmbolo de maior área. Se houver movimento dos êmbolos, temos: d-| -> deslocamento do êmbolo 1; d2 -» deslocamento do êmbolo 2; A razão entre A2 e A-| determina a vantagem mecânica da prensa hidráulica. Assim, por exemplo, se essa razão for igual a 5, significa que a intensidade da força no êmbolo 2 será 5 vezes a intensidade da força no êmbolo 1.
Pressão em Fluidos
A pressão exercida por uma coluna de fluido é denominada de pressão hidrostática. Dado um recipiente cilíndrico contendo uma certa porção líquida: A -> área de secção do cilindro; h -> altura do cilindro. A porção líquida exerce uma determinada força no fundo do recipiente (força normal). Estando o sistema em equilíbrio, a intensidade da força normal é igual à intensidade da força peso. A pressão hidrostática exercida por uma coluna líquida é dada por fi. g . h.
