Hidromecânica: Hidrostática

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A hidrostática, também chamada estática dos fluidos ou fluidostática (hidrostática refere-se a água, que foi o primeiro fluido a ser estudado, assim por razões históricas mantém-se o nome) é a parte da física que estuda as forças exercidas por e sobre fluidos em repouso.

Índice

Forças decorrentes da pressão

A pressão, que é uma força exercida pela água ou qualquer outro fluido numa superfície qualquer, por exemplo, numa barragem ou numa comporta, determina-se pelas leis da hidrostática. A pressão exercida pela água é sempre perpendicular à superfície ( da barragem ou da comporta ) e varia com a profundidade

Pressão hidrostática

Ver artigo principal: Teorema de Stevin

A pressão hidrostática em um ponto

Considere um volume cúbico de água. Estando este em repouso, o peso da água acima dele necessariamente estará contra-balançado pela pressão interna neste cubo. Para um cubo cujo volume tende para zero, ou seja um ponto, esta pressão pode ser expressa por

$\ P = \rho g h$

em que, usando unidades no sistema SI,

P é a pressão hidrostática (em pascals);

ρ é a massa específica da água, ou densidade (em quilogramas por metro cúbico);

g ou a é a aceleração da gravidade (em metros por segundo quadrado);

h é a altura do líquido por cima do traço (em metros).

No caso de a pressão atmosférica não ser desprezível, é necessário acrescentar o valor da sua pressão, tomando a equação o seguinte aspecto

$\ P = p_0 + \rho g h$

Princípio de Arquimedes

Ver artigo principal: Princípio de Arquimedes

A diferença de pressão é a origem da força de empuxo

Um corpo sólido imerso num fluido sofre a ação de uma força dirigida para cima igual ao peso do fluido deslocado.

F_E = W_fluido = ρ_fluido . V_deslocado . g

Isto é devido à pressão hidrostática no fluido.

No caso de um navio, o seu peso é contra-balançado por uma força de impulsão igual ao volume de água que desloca, que corresponderá ao volume submerso do navio. Se lhe for acrescentada mais carga, esse volume submerso vai aumentar, e, com ele, a força de impulsão, permitindo ao barco flutuar. No Brasil, dá-se o nome de empuxo a esta força.

A descoberta do princípio da impulsão é atribuída a Arquimedes.

Pressão atmosférica

Experiência de Torricelli: na parte superior do tubo há quase-vácuo.

Ver artigo principal: Pressão atmosférica

A pressão atmosférica é a pressão hidrostática causada pelo peso do ar acima do ponto de medição. Áreas de baixa pressão têm menos massa atmosférica acima do local, enquanto que as áreas de alta pressão têm mais massa atmosférica acima do local. Da mesma forma, quanto maior for a elevação, menos massa atmosférica acima haverá, por isso que a pressão diminui com o aumento da altitude.

Princípio de Pascal

Ver artigo principal: Princípio de Pascal

O Princípio de Pascal enuncia-se da seguinte forma:

Uma variação de pressão provocada num ponto de um fluido em equilíbrio transmite-se a todos os pontos do fluido e às paredes que o contêm.

Uma aplicação prática é a prensa hidráulica. Para um êmbolo de 10m² e outro de 1m², uma força equivalente a 70 kg será suficiente para levantar um veículo que pese 700 kg, no outro êmbolo.