Física de fluidos

HIDROSTÁTICA A física dos fluidos é a base da engenharia hidráulica, um ramo da engenharia com muitas aplicações práticas. Um engenheiro nuclear pode estudar o escoamento de um fluido no sistema hidráulico de um reator nuclear após alguns anos de uso, enquanto um bioengenheiro pode estudar o fluxo de sangue nas artérias de um paciente idoso. Um engenheiro ambiental pode estar preocupado com a contaminação das vizinhanças de um depósito de lixo ou com a eficiência de um sistema de irrigação. Um engenheiro naval pode estar interessado em investigar os riscos de um mergulho em águas profundas ou a possibilidade de salvar a tripulação de um submarino danificado. Um engenheiro aeronáutico pode projetar o sistema hidráulico dos flaps que ajudam um avião a pousar. 1 – Introdução

Um navio feito de ferro não afunda no mar? Por que não podemos mergulhar em grandes profundidades nos rios ou oceanos? Por que sentimos dores nos nossos ouvidos ao subirmos ou descermos a serra? Como um carro é erguido num posto para a troca de óleo? Como o dentista consegue levantar um paciente pesado? Essas e outras dúvidas serão respondidas durante esse curso, chegou o momento de descrevermos o comportamento dos fluídos, para isso falaremos de temas como densidade, pressão, empuxo e outros temas que nos levarão a um aprofundamento na Hidrostática, mas iniciar descrevendo o que é um fluido. Um fluido, ao contrário de um sólido, é uma substância que pode escoar. Os fluidos assumem a forma do recipiente em que são colocados. Eles se comportam dessa forma porque um fluido não pode resistir a uma força paralela à sua super-fície. ( um fluido é uma substância que escoa porque ele não pode resistir a uma tensão de cisalhamento. Um fluido pode. porém, exercer uma força na direção perpendicular à superfície.) Algumas substâncias, como o piche, levam um longo tempo para se amoldar aos contornos de um recipiente, mas acabam por fazê-lo; assim, mesmo essas substâncias são classificadas como fluidos.

Você talvez se pergunte por que os líquidos e gases são agrupados na mesma categoria e chamados de fluidos. Afinal (pode pensar), a água é tão diferente do vapor quanto do gelo. Isso, porém, não é verdade. O gelo, como outros sólidos cristalinos, tem seus átomos organizados em um arranjo tridimensional bastante rígido chamado rede cristalina. Nem no vapor nem na água existe um arranjo com ordem de longo alcance como este.

Hidrostática é o ramo da Física que estuda as propriedades relacionadas aos líquidos em equilíbrio estático; tais propriedades podem ser estendidas aos fluidos de um modo geral.

Supõe-se, nos estudos deste capítulo, que o líquido seja incompressível, com volume definido, sem viscosidade e não aderente à superfície do recipiente que o contenha.

Material organizado pelo Prof. Jorge Passinho – 2014.1

5

Fluido: Denominamos fluidos os corpos que não têm forma própria. Quando encerrados num

recipiente, os fluidos adquirem a forma do recipiente. Os líquidos e os gases são considerados

fluidos.

 Os líquidos têm volume praticamente invariável. Quando se transfere água de um recipiente

para outro, seu volume permanece o mesmo.

 Os gases têm volume variável, ocupando totalmente o recipiente que o contém.

Densidade: Se tivermos um corpo de massa m e volume v, definimos sua densidade  através

da relação:

A unidade de densidade no Sistema Internacional de unidades é o kg/m3 . No entanto,

usualmente são utilizados o g/cm3 e o kg/l , que são unidades equivalentes. Por exemplo, a

densidade da água vale: d = 1 000 kg/m3 = 1 kg/l = 1 g/cm3.

Se o corpo for homogêneo, pode-se usar o termo massa específica ou densidade absoluta

como sinônimo de densidade.

Tabela 1

Densidade de alguns materiais

Materiais Densidade

(kg/m3)

ar (20ºC e 1

atm)

1,2

gelo 0,92 . 103

água 1,0 . 103

alumínio 2,7 . 103

ferro 7,6 . 103

mercúrio 13,6 . 103

ouro 19,3 . 103

platina 21,4 . 103

m

v

 

Material organizado pelo Prof. Jorge Passinho – 2014.1

6

Pressão:

Considere a ação de polimento de um automóvel. Suponha que neste trabalho esteja sendo

aplicada uma força F constante, esfregando-se a palma da mão sobre a superfície do carro.

(Figura 1)

Imagine, agora, que se deseja eliminar uma mancha bastante pequena existente no veículo.

Nesta ação esfregam-se apenas as pontas dos dedos na região da mancha, a fim de aumentar o

“poder de remoção” da mancha.(figura 2)

Nos dois casos, a força aplicada F foi a mesma, porém os resultados obtidos no trabalho

foram diferentes. Isto acontece por que o efeito do “polimento” depende não apenas da força

que a mão exerce sobre o carro, mas também da área de aplicação.

A grandeza que relaciona a força F aplicada com a área “A” de aplicação denomina-se

“pressão”.