Hidrostática

1 – CONCEITOS INICIAIS: Em física um corpo pode se encontrar em equilíbrio em duas situações. Na primeira, o corpo está livre de forças atuantes, neste caso, o equilíbrio é denominado estático e o corpo se encontra em repouso. Já na segunda o corpo está sob a ação de uma ou mais forças, neste caso, o equilíbrio é denominado dinâmico e o corpo se encontra em movimento retilíneo uniforme. Neste caso, a força resultante que atua sobre este corpo será nula.

2 – HIDROSTÁTICA: A Hidrostática é a área da física dedicada ao estudo de fluidos que se encontram em equilíbrio, seja ele estático ou dinâmico. A Hidrostática ganhou este nome devido aos primeiros estudos relacionados a tal assunto estarem ligados com a água. O estudo da Hidrostática é baseado no seguinte conceito para fluido:

2.1 - Fluido: Um fluido é uma substância que pode fluir, em outras palavras, esta substância pode escoar. O termo fluido inclui os líquidos e os gases, sendo que, os líquidos oferecem resistência à uma certa compressão, enquanto os gases são facilmente compressíveis. Dessa forma são enumeradas abaixo algumas das principais características associadas aos fluidos:

2.1.1 – Viscosidade: É uma propriedade característica dos líquidos, de forma que, diferentes líquidos apresentam diferentes viscosidades. Como exemplo a água apresenta uma viscosidade mais baixa que o óleo, por isso, escoa com maior facilidade quando comparada ao óleo.

2.1.2 - Pressão: Quando aplicada uma força ($\vec{F}$) sobre uma amostra contendo uma quantidade de fluido delimitada por uma área (A) (situação representada pela Figura 1), esta amostra fica sujeita a uma pressão (p) dada por $p=\frac{F\cdot \text{sen }\alpha}{A}$.

Figura 1: Amostra de fluido delimitada por uma área A sob a ação de uma força F.

Se a pressão faz um ângulo de 90° com a superfície, então, ela se reduz na seguinte forma: $p=\frac{F}{A}$. A pressão é uma grandeza escalar e é dada no S.I (Sistema Internacional de Unidades) em $\frac{N}{m^2}$.

2.1.3 – Densidade: A densidade (D) de um fluido é dada pela razão entre a massa (m) de uma amostra de fluido e seu volume (V), matematicamente isso é o mesmo que $D=\frac{m}{V}$.

No Sistema internacional de Unidades (S.I) a unidade de densidade é o $\frac{kg}{m^3}$. Também é comum utilizar as unidades $\frac{g}{cm^3}$ ou $\frac{kg}{l}$.

2.1.4 – Líquido perfeito: São líquidos em que são consideradas as seguintes propriedades:

• a) são incompressíveis, isto é seu volume permanece constante.
• b) não apresentam atrito entre as moléculas, isto é, a viscosidade é desprezível.
• c) a força que exercem sobre uma superfície é sempre perpendicular a ela.

2.1.5 - Pressão em uma coluna de líquido: Um determinado líquido contido em um recipiente de volume (V) exerce sobre a área da base (S) do recipiente (conforme a Figura 2) uma pressão dada por:

$p=\frac{F}{A}=\frac{P}{A}=\frac{m\cdot g}{A}=\frac{\frac{D\cdot V\cdot g}{v}}{h}$

$p=D\cdot g\cdot h$

Figura 2: Recipiente com uma quantidade de líquido de altura h sob a ação da gravidade g.

2.1.6 – Pressão atmosférica: É a pressão que a atmosfera exerce sobre a superfície terrestre. É localmente considerada constante e pode ser medida assumindo os seguintes valores em seus respectivos sistemas de unidades.

p_atm = 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg

A Hidrostática é uma área muito interessante e importante de ser estudada. Contribuiu e vem contribuindo de maneira fantástica no desenvolvimento tecnológico da sociedade e está baseada basicamente sobre três pilares:

• O princípio de Stevin
• O princípio de Pascal
• O teorema de Arquimedes

Referências:

BONJORNO, José Roberto; BONJORNO, Regina Azenha; BONJORNO, Valter; CLINTON, Márcico Ramos. Física História & Cotidiano. São Paulo: Editora FTD, 2004, volume único.

HEWITT, Paul G. Física Conceitual. Porto Alegre: Editora: Bookman, 2011, 11ª. ed. v. único.

Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/fisica/hidrostatica/