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Você sabia que a hidrostática está muito presente em nosso dia a dia? Ela permite que possamos usar os fluidos a nosso favor, como é o caso da invenção do tubo de pasta de dente.
Ficou curioso e quer saber mais? Leia o post e entenda qual conceito físico existe por trás desse objeto!
A hidrostática é a área da Física que estuda os fluidos em repouso, tanto em estado líquido como gasoso. Para isso, ela utiliza dois conceitos muito importantes: densidade e pressão.
A densidade consiste no quanto de matéria há em um determinado volume. É por conta dela que podemos dizer que a água é mais densa do que o gelo e, assim, ele boia.
A fórmula que utilizamos para determinar a densidade é a seguinte:
d = m/v
Em que:
Pelo Sistema Internacional de Unidades (SI), a massa é medida em quilogramas (Kg), o volume em metros cúbicos (m³) e a densidade em quilogramas por metro cúbico (Kg/m³). Caso em algum exercício sejam encontrados esses termos com outras medidas, o ideal é converter para as unidades do SI.
Agora, vamos ver o que é a pressão.
A pressão hidrostática determina a pressão que os fluidos exercem sobre outros fluidos ou corpos.
Por exemplo, quando uma pessoa faz um mergulho no mar e vai indo mais para o fundo, ela sente uma pressão maior sobre seu corpo. Isso acontece porque quanto mais fundo, mais volume de água ela vai ter sobre o seu corpo.
Sendo assim, a pressão informa quanto de força está sendo aplicada, em média, sobre uma determinada área. No exemplo, a área seria o corpo do mergulhador.
Veja qual é a fórmula para determinar a pressão:
P = d . h . g
Em que:
Segundo o SI, temos:
Sendo assim, podemos notar também que a pressão não depende do formato do recipiente no qual está o fluido, mas sim, apenas da densidade, da profundidade em que se encontra o objeto e da aceleração da gravidade.
Voltando ao assunto densidade, há dois tipos: absoluta e relativa. O primeiro se refere à massa específica de uma substância. A massa específica (densidade absoluta) é a razão entre a massa de uma substância e o volume ocupado por ela. Ou seja, utilizamos a mesma fórmula que vimos no começo do texto, porém a densidade é representada agora por μ:
μ = m/v
Assim, por exemplo, é determinada a densidade da água, do ouro, da prata, do ar e de qualquer outra substância.
Já em relação à densidade relativa, estamos falando de duas substâncias que estão em contato. Assim, ela é a razão entre a densidade de uma substância por outra, que é tomada como referência. Ou seja:
μxy = μx/μy
Nesse caso, a densidade μxy não tem unidade de medida, sendo um número puro.
Quando entramos em uma piscina, temos a sensação de ficarmos mais leves. Isso se dá devido a uma força vertical de baixo para cima, que é denominada empuxo e é representada pela letra E.
O empuxo é a força resultante exercida sobre o corpo por um fluido. Desse modo, como tem sentido contrário à força e peso, ele tem a característica de dar sensação de leveza ao objeto.
Arquimedes foi um filósofo, físico, matemático, engenheiro, inventor e astrônomo grego que nasceu em 287 a.C.. Foi ele quem descobriu o empuxo.
Ao colocar um objeto em um copo de água que estava cheio, ele observou que uma parte da água transbordava (volume deslocado). O peso desse volume deslocado é igual ao empuxo. Sendo assim, temos a seguinte fórmula:
E = d . V . g
Em que:
Segundo o SI, a unidade do empuxo é Newton (N), da densidade é quilograma por metro cúbico (Kg/m³), do volume é metro cúbico (m³) e da aceleração da gravidade é metro por segundo ao quadrado (m/s²).
O Teorema de Stevin é conhecido como a Lei Fundamental da Hidrostática. Ele determina que:
“A diferença da pressão entre dois pontos A e B de um líquido, situados em níveis diferentes, se deve à pressão exercida pela coluna líquida compreendida entre os níveis determinados por A e B.”
Sendo assim, tomemos como exemplo uma garrafa que está cheia de água. Um ponto A que está localizado próximo da superfície vai ter uma pressão menor do que um ponto B localizado mais próximo à base.
Segundo o Teorema de Stevin, isso acontece porque a coluna de água acima do ponto B é muito maior do que a que está acima do ponto A.
A fórmula do Teorema de Stevin é a seguinte:
ΔP = d . g . Δh
Em que:
Dessa forma, podemos deduzir que todos os pontos em um mesmo nível e situados em um líquido homogêneo estão recebendo a mesma quantidade de pressão.
Ao pegar uma pasta de dente e apertá-la, você está vivenciando na prática o princípio de Pascal. Segundo esse princípio, a pressão exercida em uma região de um fluido em equilíbrio é transmitida integralmente às demais regiões do fluido e às suas paredes internas.
Isso quer dizer que, tomando como exemplo a pasta de dente, quando você aperta levemente o tubo, ou seja, aplica pouca pressão, ela é sentida em todos os pontos do tubo de pasta. Logo, se ele estiver aberto, vai um pouco de pasta. De acordo com o aumento da pressão aplicada no tubo, se ele continuar aberto, mais pasta vai sair.
Sendo assim, temos a fórmula do princípio de Pascal:
F1/A1 = F2/A2
Em que:
Uma das principais aplicações que temos para o Teorema de Pascal é a prensa hidráulica. Ela tem dois cilindros com raios diferentes, ligados por um cano. No interior desse sistema há um líquido que sustenta dois êmbolos, A1 e A2.
Se aplicarmos uma força F no êmbolo da área 1, essa vai ser transmitida com igual intensidade ao êmbolo da área 2. Assim, é possível levantar objetos bem pesados com pouca aplicação de força. Essa prensa foi muito importante para tornar possível a Revolução Industrial.
Já citamos alguns exemplos da aplicação dos conceitos comentados até aqui. Mas, agora vamos falar sobre um experimento criado por Galileu Galilei, que se baseia no princípio de Arquimedes: a balança hidrostática.
Esse experimento é constituído por: prumo, copo, alça, termômetro, escala graduada, parafuso de compensação, cursor superior deslizante, encaixe, pontas, cursor inferior deslizante, parafuso para acerto e suporte. Todos esses componentes servem para medir a densidade dos objetos e, assim, descobrir do que eles são feitos.
Para isso, é necessário pesar o material a seco. Depois, pesar ele imerso na água. Isso é feito por meio de um fio que suspende o material e que também é amarrado a um dispositivo que fica preso ao prato da balança.
Assim, é possível calcular a densidade relativa, por meio da divisão entre o peso a seco pela diferença do peso a seco e o peso imerso na água. Pois, segundo o princípio de Arquimedes, essa diferença nos dá o empuxo. E com ele chegamos à densidade do objeto.
Quer complementar o que aprendeu até aqui? Então, aplique os conceitos com a nossa lista de exercícios de hidrostática. Aproveite e também confira o blog da Stoodi. Nele há vários posts ensinando outros conceitos sobre Física, além de ter dicas para as provas do Enem.
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