Hidrostática

Estudo das forças exercidas sobre os líquidos em repouso

Hidrostática é a parte da física que estuda os líquidos em equilíbrio estático. Além de analisar as forças sobre os fluídos em repouso, ela considera também a força exercida por eles.

Apesar de o termo hidrostática significar "estática da água", a palavra se refere a estática dos líquidos em geral. Mas pelo fato de a água ser o primeiro líquido estudado, o nome se mantém por razões históricas.

Ao contrário do que acontece com as substâncias no estado sólido, em que as o movimento das moléculas são apenas de vibração, nos estados líquido e gasoso as moléculas têm mais mobilidade, resultando na sua fluidez.

Uma vez que não possuem formas próprias, os fluidos escoam e mudam de forma com facilidade, ao ser submetida a pequenas forças

Conceitos fundamentais da hidrostática

Para compreender a hidrostática é necessário conhecer alguns conceitos fundamentais que envolvem esse ramo como fluido, densidade, pressão, empuxo e o Princípio Fundamental da Hidrostática.

Fluido

São consideradas fluidos as substâncias líquidas e gasosas. Uma das características principais do fluido é a capacidade de escoamento. Quando um fluido é submetido a uma força, ele se deforma com facilidade, de modo que se colocado em qualquer recipiente as substâncias fluidas adquirem o formato do mesmo.

Se tratando de fluido líquidos, é importante levar em consideração a viscosidade. A viscosidade é o atrito existente entre suas moléculas durante um movimento e quanto maior a viscosidade, mais difícil será escoamento do fluido.

Densidade

Hidrostática: balão
Quando o ar dentro de um balão é aquecido a densidade da massa de ar diminui, tornando-a mais leve que a massa de ar fora do balão o que faz com que ele suba. (Foto: Pixabay)

Densidade é uma grandeza física que relaciona a massa de um corpo com o seu volume. Através da densidade é possível saber se a substância de um corpo é mais ou menos compacta.

Corpos com grande volume e pouca massa são considerados corpos de pequena densidade. Já os corpos que possuem muita massa em pequeno volume são os corpos de grande densidade.

Desse modo, a densidade de um corpo é a relação entre a massa e o volume do mesmo. Matematicamente, esse cálculo pode ser representado por:

 d = m/v.

Onde:

d = Densidade
m = massa
v = volume

A unidade de medida da densidade é 1kg/m³. No caso da água em temperatura ambiente (em média 25°C), sua densidade é 1g/cm³. Isso significa que 1cm³ de água tem 1g.

Pressão

Pressão é uma grandeza física que resulta da relação entre a intensidade da força e a área em que ela se distribui.

A pressão está relacionada com a densidade do fluído e a aceleração da gravidade. Ela 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

Quando um objeto é submerso na água, ela exerce uma pressão sobre ele de modo que quanto mais fundo mergulhar maior será essa pressão. Isso é explicado pelo Princípio de Pascal que diz que quando se aplica uma força a um líquido, a pressão causada é distribuída integralmente e igualmente em todas as direções e sentidos.

A unidade de pressão Sistema Internacional de Medias (SI) é o Pascal (Pa), que é o nome adotado para N/m².

Empuxo

Empuxo é grandeza vetorial que possui direção, módulo e sentido. Trata-se da força hidrostática exercida por um fluido sobre um objeto imerso total ou parcialmente nele.

O empuxo é a força exercida pelo fluido sobre determinado corpo em sentido oposto à força do peso.  Isso explica por que ao entrar na água a pessoa sente o corpo mais leve do que quando está fora dela.

Hidrostática: submarino
Com os reservatórios de água totalmente cheios, o peso do submarino torna-se maior do que o empuxo e o submarino afunda. (Foto: Pixabay)

O empuxo 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 intensidade do peso do fluido que é ocupado pelo corpo.

A unidade de medida do Empuxo no SI é o Newton (N) e seu cálculo é feito pela seguinte fórmula:

E = df . Vfd . g

Onde:

E: força empuxo
df: densidade do fluído
Vfd: volume do fluído
g: aceleração da gravidade

Princípio Fundamental da Hidrostática

Conhecido como Lei de Stevin, esse princípio diz que dois pontos na mesma horizontal de um mesmo líquido em equilíbrio têm a mesma pressão.

De acordo com esse princípio, a pressão hidrostática não depende da área de contato do líquido e a pressão aumenta de acordo com a profundidade. A equação de Stevin permite calcular a pressão de um líquido em repouso quando está com sua superfície livre em contato com a atmosfera.

A equação da pode ser descrita pelo seguinte fórmula:

PHID = d.g.h

Onde:

d = densidade kg/m³ (ou g/cm³)
g = aceleração da gravidade
h = altura (metro)

Situações envolvendo hidrostática no dia a dia

  • Ao cozinhar o macarrão e em uma panela com água se coloca o óleo e ele fica sempre por cima, pois a densidade do óleo é menor do que a da água;
  • Quando fazemos dois furos nas latas de óleo ou de azeite para que o ar entre por um dos furos e pressione o líquido para sair através do outro furo;
  • Ao tomar um refrigerante com canudinho e a pressão do interior do canudo diminuir com a sucção, a pressão atmosférica empurra o líquido para dentro do canudo;
  • Quando um balão começa a descer, em uma situação não desejada, os seus tripulantes costumam jogar fora o excesso de peso fora para que ele altere sua densidade e volte a subir.

Faça a referência deste conteúdo seguindo as normas da ABNT:

DIAS, Fabiana. Hidrostática; Guia Estudo. Disponível em

< https://www.guiaestudo.com.br/hidrostatica >. Acesso em 18 de novembro de 2019 às 22:47.

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