Parte da física que estuda os fluidos em movimento
A hidrodinâmica também conhecida como dinâmica dos fluidos é área da física que estuda as propriedades do movimento dos fluidos, que incluem os líquidos e os gases. A hidrodinâmica considera conceitos como força, velocidade e aceleração, que são variáveis que atuam sob os líquidos em movimento. Os cálculos de hidrodinâmica levam em conta as propriedades do fluido, da pressão, da densidade e da temperatura.
Essa parte da física estuda tanto os fluidos perfeitos (sem atrito, viscosidade, coesão ou elasticidade), quanto fluidos reais, que são pegajosos, contêm e conduzem calor. O estudo dos fluidos reais só foi possível após experimentações e desenvolvimento de novas fórmulas que permitiram trabalhar com equações mais complexas. Os dois princípios fundamentais da hidrodinâmica são a Equação da continuidade e a Equação de Bernoulli, que explicam como as leis de conservação de massa, energia se aplicam aos fluidos.
A hidrodinâmica pode ser vista nos sistemas de abastecimento de água.
(Foto: Pxhere)
Conceitos básicos de hidrodinâmica
Os estudos de hidrodinâmica precisam levar em conta as peculiaridades dos fluidos e dos recipientes onde eles estão armazenados. Ao analisar o movimento dos fluidos é preciso observar suas características de pressão, velocidade, temperatura e densidade. Além disso, é necessário considerar os atributos do recipiente que os armazenam, como área, altura e forma. Essa análise se faz necessária porque os fluidos assumem a forma dos recipientes nos quais estão inseridos. Logo, tanto o fluido quanto o recipiente interfere no escoamento.
Escoamento incompressível
Esse tipo de escoamento é mais comum com os fluidos líquidos, pois o líquido mantém a mesma densidade, independente da pressão que age sobre ele. Já os gases modificam sua densidade a depender da alteração da pressão. Portanto, o escoamento incompressível é aquele que o fluido mantém a mesma densidade.
Escoamento Estacionário
Também chamado de escoamento laminar, o escoamento estacionário é obtido quando a velocidade de escoamento é pequena, ou seja, quando a velocidade em um local escolhido permanece a mesma.
Exemplo: água de um rio calmo
Escoamento não estacionário
O escoamento não estacionário, também conhecido como escoamento turbulento, acontece quando a velocidade do fluído varia no transcorrer do tempo.
Exemplo: quedas d´água em cascatas.
Escoamento não viscoso
O escoamento não viscoso ocorre com os fluidos perfeitos, os quais não perdem energia ao escoar. É importante ressaltar que a viscosidade do fluido interfere no escoamento.
Vazão
Trata-se do volume de fluido que passa por um local em função do tempo, ou seja, trata-se da razão entre volume e tempo.
A equação que determina a vazão é a seguinte:
Q = V/t
Onde:
Q = vazão
V = volume do fluído
t = tempo
A unidade da vazão no Sistema Internacional de Medidas é m³/s.
Equação da Continuidade
A equação da continuidade explica que quanto menor for a seção, maior será velocidade do escoamento do fluido. Matematicamente, a fórmula da equação da continuidade pode ser representada da seguinte forma:
A1 v1 = A2 v2
Velocidade da Pressão
A definição de velocidade da pressão é baseada na equação da continuidade. Essa definição diz que a velocidade do fluído aumenta ao passar de uma área maior para outra menor. Isso acontece devido à pressão do fluído na parte maior ser superior do que na parte menor.
Equação de Bernouli
A equação de Bernouli é considerada a equação fundamental da hidrodinâmica, que se desenvolveu com base nos estudos direcionados para a energia de escoamento dos fluídos. A fórmula física que representa a equação de Bernouli é seguinte:
p+dhg+dv/2=constante
Onde:
p = pressão
dgh = pressão hidrostática
dv/2 = pressão dinâmica