Densidade e Pressão: Fluídos, Hidrostática e Densidade Relativa


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.

Densidade e Pressão: Fluídos

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.