Hidrostática

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
(Redirecionado de Pressão hidrostática)
Saltar para a navegação Saltar para a pesquisa
Question book-4.svg
Esta página ou secção cita fontes confiáveis e independentes, mas que não cobrem todo o conteúdo, o que compromete a verificabilidade (desde maio de 2016). Por favor, insira mais referências no texto. Material sem fontes poderá ser removido.
Encontre fontes: Google (notícias, livros e acadêmico)
Searchtool.svg
Esta página ou secção foi marcada para revisão, devido a inconsistências e/ou dados de confiabilidade duvidosa. Se tem algum conhecimento sobre o tema, por favor verifique e melhore a consistência e o rigor deste artigo. Pode encontrar ajuda no WikiProjeto Física.
Se existir um WikiProjeto mais adequado, por favor corrija esta predefinição.

Este artigo está para revisão desde junho de 2015.

A hidrostática é a parte da física que estuda os fluidos em repouso.[1] Apesar de a palavra "hidrostática" significar "estática da água", este termo é utilizado para designar a estática dos fluidos em geral.[1] Ao contrário dos sólidos, um fluido em equilíbrio não pode estar sob a ação de forças cisalhantes ou tangenciais, por menores que elas possam ser. Por decorrência, todas as forças que agem sobre um fluido em repouso fazem-se atuando perpendicularmente a sua superfície livre. [2]

Característica dos fluidos[editar | editar código-fonte]

Um fluido é uma substância (ou mistura de substâncias) que se escoa, isto é, que flui, com maior ou menor facilidade.[1] Tal, verifica-se porque as suas partículas, por um lado, não ocupam posições fixas, deslocando-se com pequeno atrito, como acontece nos líquidos; e por outro lado, porque as particulas estão muito afastadas uma das outras, deslocando-se rápida e aleatóriamente em todo o espaço disponível do vaso contetor, como nos gases[1]

Considera-se fluidos os líquidos e gases[1] e caracterizam-se por:

  • Poderem escoar-se ou fluir com maior ou menor facilidade;
  • Mudarem de forma sob a acção de pequenas forças;
  • Adaptarem-se sempre à forma dos vasos que os contém.

Pressão exercida por um fluido[editar | editar código-fonte]

Question book.svg
Esta seção não cita fontes confiáveis e independentes, o que compromete sua credibilidade (desde março de 2018). Por favor, adicione referências e insira-as corretamente no texto ou no rodapé. Conteúdo sem fontes poderá ser removido.
Encontre fontes: Google (notícias, livros e acadêmico)

A grandeza pressão (P) pode ser definida como sendo o efeito da aplicação de uma força (F) perpendicular por unidade de área (A) de uma superfície. Se a densidade da força for a mesma para todos os pontos da superfície, então a pressão é denominada uniforme, e assim se pode escrever:

Entretanto, a força aplicada a uma dada superfície pode variar de um dado ponto para outro. Neste caso, o usual é assumir na superfície uma área elementar ΔA, sobre a qual atua perpendicularmente uma força de intensidade ΔF, definindo-se uma pressão média P, com unidade no SI em Pascal, pela seguinte expressão:

Pressão hidrostática e lei de Stevin[3][editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Teorema de Stevin

A lei de Stevin enuncia-se da seguinte forma: "A diferença de pressões entre dois pontos da massa de um líquido em equilíbrio é igual à diferença de profundidade multiplicada pelo peso específico do líquido".[2]

A pressão hidrostática em um ponto

Todo o mergulhador sabe que a pressão é maior quanto maior for sua profundidade (a coluna de água acima dele é cada vez maior); o seu medidor de profundidade, na verdade, é um sensor de pressão. Da mesma forma, todo alpinista sabe que a pressão é menor quanto maior for a sua altura (a coluna de ar acima dele é cada vez menor). Esses dois exemplos irão ilustrar a definição de pressão hidrostática.

Considere inicialmente uma caixa mergulhada, em equilíbrio estático, num tanque de água (ou qualquer outro fluido, como o ar); como ela está em equilíbrio, sabemos que não há força resultante, ou seja:

Mghh.svg(todas as forças são aplicadas perpendicularmente à superfície)

Onde:

  • é a força que age sobre a parte inferior da caixa, devido à coluna de água abaixo dela;
  • é a força que age sobre a parte superior da caixa, devido à coluna de água acima dela;
  • é o peso da caixa;
  • são, respectivamente, o teto e a base da caixa.


A partir da relação de que (a força F é igual à pressão P exercida sobre a área A), segue da figura que:


Com a equação acima, podemos determinar a pressão em um certo líquido (em função da profundidade) e também na atmosfera (em função da altitude). Por fim, tomando , , e , substituímos e obtemos a fórmula usual da pressão na profundidade ou altura :

Onde, em termos do SI:

  • é a pressão total na profundidade h (em Pascal);
  • é pressão acima do líquido (em Pascal);
  • é a massa específica (ou densidade) do fluido em questão (em kg/m³);
  • é a aceleração da gravidade (em m/s²);
  • é a profundidade ou altura (em metros).

Para compreender melhor, podemos usar um exemplo comum: a pressão total é a soma das pressões (pode ser a pressão atmosférica acima da superfície do líquido) e (pressão na profundidade de um fluido. Um outro exemplo pode ser ilustrado de acordo com a figura abaixo, onde a pressão hidrostática se dá pela diferença das pressões aplicadas sobre o sifão:

Uczc.svg

Assim, para calcular apenas a pressão hidrostática, usamos a fórmula abaixo:

(Notas: observe que essa pressão não depende da dimensão horizontal ou da forma do objeto mergulhado.[4])

Empuxo e Princípio de Arquimedes[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Princípio de Arquimedes

Princípio de Arquimedes é o seguinte: "Um corpo, total ou parcialmente imerso em um fluído, recebe dele um empuxo igual e de sentido contrário ao peso de fluido deslocado pelo corpo e que se aplica no seu centróide"

Considera-se um corpo sólido em equilíbrio, cuja área da base é A e a altura h, totalmente imerso em um fluído de massa específica ρ. Como o corpo esta em equilíbrio, as forças que atuam na lateral se equilibram aos pares.No entanto a pressão p2 exercida pelo fluído em sua base inferior é maior do que a pressão p1 que o fluido exerce no topo do corpo. Pela lei de Steven , se pode escrever que:

A resultante das forças superficiais exercidas pelo fluído sobre o corpo submerso é uma força vertical, dirigida de baixo para cima , denominada de empuxo (E). Matematicamente pode-se determinar o Empuxo com as seguintes expressões:

; sendo V o o volume de fluido deslocado pelo corpo.

; sendo A a área total do corpo; γ o peso específico do fluido; hcg sendo a altura que se localiza o centro de gravidade do corpo.

Determinação do centro de Pressão (Cp)[editar | editar código-fonte]

A posição do centro de pressão pode ser determinada, aplicando-se o teorema dos momentos, ou seja, o momento da resultante (Iο) em relação a interseção zero deve igualar-se aos momentos das forças elementares de dF.

, sendo hCp a altura do centro de pressão; hCg a altura do centro de gravidade, Io o momento de inércia sendo este calculado em função da geometria do corpo e A a área total do corpo.

Sendo que Cp se localiza um pouco abaixo do centro de gravidade (Cg). Para que a resultante das pressões que estão acima e abaixo da força E, resultem em zero.

A diferença de pressão é a origem da força de empuxo

Um corpo sólido imerso num fluido sofre a ação de uma força dirigida para cima igual ao peso do fluido deslocado.

FE = Wfluido = ρfluido . Vdeslocado . g

Isto é devido à pressão hidrostática no fluido.

No caso de um navio, o seu peso é contra-balançado por uma força de impulsão igual ao volume de água que desloca, que corresponderá ao volume submerso do navio. Se lhe for acrescentada mais carga, esse volume submerso vai aumentar, e, com ele, a força de impulsão, permitindo ao barco flutuar. No Brasil, dá-se o nome de empuxo a esta força.

A descoberta do princípio da impulsão é atribuída a Arquimedes.

Escalas de pressão. Pressão absoluta e Pressão relativa[editar | editar código-fonte]

Experiência de Torricelli: na parte superior do tubo há quase-vácuo.
Ver artigo principal: Pressão atmosférica

A grandeza escalar pressão pode ser expressa em relação a qualquer referencial, sendo que, no caso dos fluidos, normalmente são utilizados dois referenciais, a saber:

• Vácuo absoluto

•Pressão atmosférica local

Em um determinado espaço físico, sempre que a pressão absoluta for menor do que a pressão atmosférica local, que também é denominada de pressão barométrica, ali existe o que se denomina de vácuo. Assim o vácuo absoluto constituiria uma situação limite na qual não existiria nenhuma molécula de ar atmosférico em um determinado espaço físico. Destaca-se , entretanto, que o mair vácuo obtido em laboratório até nosso presente corresponde a uma pressão de . [2]

Levando-se em conta os dois referenciais descritos acima, se têm duas situações distintas para a expressão numérica da pressão:

• Quando a pressão é expressa como sendo a diferença entre seu valor medido e o vácuo absoluto, ela é denominada de pressão absoluta.

• Quando a pressão é expressada como sendo a diferença entre eu valor medido e a pressão atmosférica local, ela é chamada de pressão relativa. A pressão relativa também é denominada de pressão manométrica ou de pressão efetiva.

Matematicamente, as pressões relativa e absoluta estão relacionadas pela expressão a seguir:

[2]

Princípio de Pascal[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Princípio de Pascal

O Princípio de Pascal enuncia-se da seguinte forma:

"Em qualquer ponto no interior de um fluido em repouso, a pressão aplicada em um pequeno volume do fluido é a mesma em todas as direções."

Uma aplicação prática é a prensa hidráulica. Para um êmbolo de 10m² e outro de 1m², uma força equivalente a 70 N será suficiente para levantar um veículo que pese 700 N, no outro êmbolo.

Prensa hidráulica: O aumento da força hidráulica

Considerando a pressão num ponto 1 com uma altura h como p1, se variarmos a sua pressão em , a sua pressão passará a ser

Como 1 é um ponto genérico, todos os pontos do fluido serão acrescidos de

Mas,

Então para dois pontos distintos no fluido, 1 e 2

Logo,

ou,

Assim, o peso possível de ser levantado no ponto 2 é proporcional à área do êmbolo em 2, mesmo que pequenas forças e áreas existam em 1.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. a b c d e Maciel, Noemia (2012). Física, 12 Classe. Luanda: Porto Editora. p. 246. ISBN 978-972-0-08020-2 
  2. a b c d Peres, José (2006). Hidráulica Agrícola. Araras: EdUFSCAR. p. 49 
  3. Halliday,D., Resnick,R.,Walker,J.; Física, Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 1996
  4. Massey, B.; Ward-Smith, J. (2006). Mechanics of Fluids 8ª ed. [S.l.]: Taylor & Francis Group 

Ligações externas[editar | editar código-fonte]


Ícone de esboço Este artigo sobre física é um esboço. Você pode ajudar a Wikipédia expandindo-o.