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AULAS DE FÍSICA
Hidrostática
Definição
Quando se pensa em um fluido a grande maioria das pessoas pensa apenas em um líquido. Mas, um fluido é qualquer coisa que pode fluir, escoar. Isto inclui líquidos. Mas, gases também são fluidos.
Densidade de massa
É uma definição tão impressindível como simples: d = m/V, onde d é a densidade de massa, m é a massa do corpo estudado e V é seu volume.
As densidades são frequentemente dadas em termos da densidade específica. A densidade específica de um objeto ou material é a razão de sua densidade com a densidade da água a 4° C (esta temperatura é usada porque esta é a temperatura em que a água é mais densa).
Pressão
Pressão (P) é igual à força (F) que atua perpendicularmente a uma superfície do corpo dividida pela área desta superfície (A):
P = F/A
A unidade de pressão no SI (mks) é o pascal ou Pa. Existem também outras unidades, das quais destacam-se atm (atmosfera), bars, etc.
Por presão atmosférica, entende-se ser a pressão exercida pelo peso de ar que paira sobre nós. O ar na atmosfera alcança uma altura enorme. Logo, apesar de sua densidade ser muito baixa, ele ainda exerce uma grande pressão:
Pressão atmosférica no nível do mar: 1,013 x 105 Pa
Ou seja, a atmosfera exerce uma força de cerca de 1,0 x 105 N em cada metro quadrado na superfície da terra! Isto é um valor muito grande, mas não é notado porque existe geralmente ar tanto dentro quanto fora dos objetos, de modo que as forças exercidas pela atmosfera em cada lado do objeto são contrabalançadas. Somente quando existem diferenças de pressão em ambos os lados é que a pressão atmosférica se torna importante. Um bom exemplo é quando se bebe utilizando um canudo: a pressão é reduzida no alto do canudo, e a atmosfera empurra o líquido através do canudo até a boca.
Para pensar: Tente beber um líquido de um recipiente qualquer usando 2 canudos, 1 dentro do líquido e outro fora. O que acontece? Por que?
Pressão em um Fluido Estático
Para demonstrar o teorema fundamental da hidrostática que estabelece que a pressão em um fluido (com densidade constante) varia linearmente com a profundidade, vamos considerar uma porção imaginária de fluido na forma de um cilindro circular reto com seção reta de área A e altura h, com a face superior livre para a atmosfera. A seção superior do cilindro recebe da atmosfera uma força de módulo F1 = A.PATM e a porção de fluido abaixo da base do cilindro imprime nesta base uma força de módulo F2 = A.P(h), onde P(h) é a pressão no interior do fluido a uma profundidade h. O cilindro imaginário tem massa m = d.V = d.A.h, onde d é a densidade do fluido. Como esta porção de fluido na forma de um cilindro está em repouso com o resto do fluido: F2 = F1 + m.g e com as expressões acima vem:
P(h) = PATM + d.h.g
que é a expressão matemática do teorema fundamental da Hidrostática.
Princípio de Arquimedes
Um corpo que está parcialmente, ou completamente, submerso em um fluido, está sendo submetido a uma força de empuxo igual ao peso P do fluido que objeto desloca.
FE = Pfluido = dfluido.Vdeslocado.g
O empuxo, FE, aplicada pelo fluido sobre um objeto é sempre dirigido para cima. Ele deve-se à diferença de pressão exercida nas partes inferior e superior do objeto. Esta força de empuxo tem que ser igual ao peso da massa de água (dfluido.Vdeslocado) deslocada, já que se o objeto não ocupasse aquele espaço esta seria a força aplicada ao fluido dentro daquele volume (Vdeslocado) a fim de que o fluido estivesse em estado de equilíbrio.
