Estudo dos líquidos e dos gases em repouso
Hidrostática é a parte da física que estuda fluidos em equilíbrio estático, considerando as forças exercidas sobre os líquidos e gases em repouso, levando em conta também as forças que eles exercem sobre os corpos. Diferentemente do que ocorre com as substâncias no estado sólido, nos estados líquido e gasoso, a molécula possui mais mobilidade, o que resulta na sua fluidez. Isso faz com que os fluidos mudem de forma e se adaptem mesmo ao ser submetidos a pequenas forças.
Caracterizados pela capacidade de escoamento, os fluidos se deformam com facilidade, de modo que, quando colocado em qualquer recipiente, as substâncias fluidas adquirem o formato do mesmo. O escoamento dos fluidos varia de acordo com a sua viscosidade. Ou seja, quando menor for a viscosidade, mais fácil será o escoamento do fluido, uma vez que a viscosidade representa o atrito existente entre suas moléculas durante um movimento.
Conceitos de hidrostática
A hidrostática trabalha com alguns conceito que são fundamentais para a sua compreensão. Dentre eles estão os conceitos de: densidade, pressão, empuxo e o Princípio Fundamental da Hidrostática.
Princípio Fundamental da Hidrostática
O Princípio Fundamental da Hidrostática diz que dois pontos na horizontal do mesmo líquido em equilíbrio, têm a mesma pressão. Conhecido como Lei de Stevin, esse aponta que a pressão hidrostática não depende da área de contato do líquido e que a pressão aumenta conforme a profundidade.
A equação de Stevin possibilita o cálculo da pressão de um líquido em repouso, quando ele está com sua superfície livre em contato com a atmosfera. A equação de Stevin pode ser calculada pela fórmula a seguir:
PHID = d.g.h
Onde:
d = densidade kg/m³ (ou g/cm³)
g = aceleração da gravidade
h = altura (metro)
Densidade
A densidade é uma grandeza física que faz uma relação entre a massa de um corpo e o seu volume. É por meio da densidade que é possível identificar se a substância de um corpo é mais ou menos compacta.
Ao fazer uma comparação entre dois corpos formados por materiais diferentes e com mesmo volume, e dizer que um deles é mais pesado que o outro, na verdade está se fazendo uma referência à densidade dos objetos.
A densidade da massa de ar diminui quando aquecido, isso faz com que o balão suba.
(Foto: Pixabay)
Desse modo, corpos com pequeno volume e muita massa são considerados corpos de grande densidade, enquanto os corpos que possuem pouca massa e grande volume são considerados corpos de pequena densidade. Logo, a densidade é a relação entre a massa e volume de um corpo. Para realizar este cálculo, utiliza-se a seguinte fórmula:
d = m/v
Onde:
d = Densidade
m = massa
v = volume
A densidade é medida pelo Sistema Internacional (SI) em 1kg/m³. No caso da água em temperatura ambiente (em média 25°C), sua densidade é 1g/cm³. Isso significa que 1cm³, que corresponde a 1 mililitro de água, pesa 1g.
Pressão
A pressão tem relação com densidade dos fluidos e a aceleração da gravidade. Ou seja, trata-se de uma grandeza física resultante da relação entre a intensidade da força e a área em que ela se distribui.
De acordo com o Princípio de Pascal quando se aplica uma força a um líquido, a pressão causada é distribuída proporcionalmente em todas as direções e sentidos. Isso explica porque quando um objeto é submerso na água ela exerce uma pressão sobre ele, de modo que quanto mais fundo mergulhar, maior será essa pressão.
No SI, a unidade de pressão é o Pascal (Pa), nome adotado para N/m². A pressão pode ser calculada pela seguinte fórmula:
P = d . h . g
Onde:
P = pressão hidrostática
d = densidade do líquido
h = altura do líquido no recipiente
g = aceleração da gravidade
Empuxo
Empuxo é uma força que o fluido exerce sobre determinado corpo em sentido oposto à força do peso. Trata-se de uma grandeza vetorial que possui direção, módulo e sentido.
Quando cheio, o submarino afunda porque torna-se mais denso do que o empuxo.
(Foto: Wikipedia)
O empuxo é a força hidrostática que atua sobre um corpo imerso total ou parcialmente em um fluido. Ele é explicado pelo Princípio de Arquimedes que diz que todo corpo imerso em um fluido em equilíbrio fica sob a ação de uma força vertical.
A força vertical tem sentido oposto e tem intensidade igual a do peso do fluido que é ocupado pelo corpo. Esse fenômeno físico explica porque a pessoa tem a impressão de que seu corpo é mais leve quando está dentro da água.
É possível calcular o empuxo através da seguinte fórmula:
E = df . Vfd . g
Onde:
E= força empuxo
df= densidade do fluido
Vfd= volume do fluido
g= aceleração da gravidade
Situações envolvendo hidrostática no dia a dia
A hidrostática está presente no cotidiano das pessoas, embora muitas vezes passe despercebida. Conheça alguns exemplos nos quais se aplica na prática do dia a dia:
• Quando a água sai das torneiras;
• Nas represas das hidrelétricas que geram a energia elétrica;
• Na pressão exercida pelo ar;
• Ao tomar um refrigerante com canudinho;
• Ao colocar óleo na água para cozinhar um macarrão e o óleo ficar sobre a água;
• Ao fazer dois furos nas latas de óleo ou de azeite para facilitar a saída do líquido.