Hidrostática

Biofísica dos fluidos resendedc@gmail.com

Quais as diferenças fundamentais entre fluido e sólido?

•Fluido é mole e deformável

•Sólido é duro e muito pouco deformável

Os conceitos anteriores estão corretos!

Porém não foram expresso em uma linguagem científica e nem tão pouco compatível ao dia a dia da Ciência.

Passando para uma linguagem científica:

A diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada com a estrutura molecular, já que para o sólido as moléculas sofrem forte força de atração, isto mostra o quão próximas se encontram e é isto também que garante que o sólido tem um formato próprio, isto já não ocorre com o fluido que apresenta as moléculas com um certo grau de liberdade de movimento, e isto garante que apresentam uma força de atração pequena e que não apresentam um formato próprio.

Primeira classificação dos fluidos:

Líquidos –apesar de não ter um formato próprio, apresentam um volume próprio, isto implica que podem apresentar uma superfície livre.

Primeira classificação dos fluidos (continuação):

Gases e vapores –além de apresentarem forças de atração desprezível, não apresentarem nem um formato próprio e nem um volume próprio, isto implica que ocupam todo o volume a eles oferecidos.

Outro fator importante na diferenciação entre sólido e fluido:

O fluido não resiste a esforços tangenciais por menores que estes sejam, o que implica que se deformam

continuamente. F

Outro fator importante na diferenciação entre sólido e fluido (continuação):

Já os sólidos, a serem solicitados por esforços, podem resistir, deformar- se e ou até mesmo cisalhar.

Densidade de um Corpo→d

c V m→massa do corpo(kg, g,...)

VC→Volume do corpo(m3, cm3, L,)

Massa Específica de uma Substância→μ

=μ m→massa de subst.(kg, g,...)

VS→Volume de substância(m3, cm3, L)

mKgm gm g m gmgcmgcm

Exemplo: O corpo abaixo possui massa de 2.0 g = 2Kg. Determine sua densidade e a massa específica do material que o constitui.

kg =

***Para líquidos não há distinção entre densidade e massa específica.

Submarinos

Ficando mais denso, por adição de água em seus tanques, eles descem.

Substância

Densidades de Algumas Substâncias

2. HIDROSTÁTICA

É a parte da Hidráulica que estuda

os líquidos em repouso, bem como

as forças que podem ser aplicadas em corpos neles submersos.

Conceito de Pressão

Pressão é o quociente da intensidade da força exercida uniforme e perpendicularmente sobre uma superfície, pela área dessa mesma superfície.

Pressão = Força /Área ÁREA A

Pressão em sólidos

Se uma força for aplicada a um

ponto de um objeto rígido, o

objeto como um todo sofrerá a ação dessa força.

Isto ocorre porque as moléculas

(ou um conjunto delas) do corpo

rígido estão ligadas por forças

que mantêm o corpo inalterado em sua forma.

Logo, a força aplicada em um

ponto de um corpo rígido

acaba sendo distribuída a todas as partes do corpo.

Pressão em líquidos

Em um fluido as forças entre as

moléculas (ou um conjunto delas)

são muito menores que nos sólidos.

Um fluido não pode suportar

forças de cisalhamento, sem que

isto leve a um movimento de suas partes.

Um fluido pode escoar quando se

exerce pressão , ao contrário de um objeto sólido.

Pressão Hidrostática (exercida por um líquido)

Um elemento sólido,

colocado no interior de

um fluido em equilíbrio,

experimenta, da parte

desse fluido, forças

perpendiculares às suas superfícies.

Pode-se demonstrar, de uma

forma muito simples, a variação de pressão com a altura.

Basta, para isso, fazermos

perfurações num recipiente

cheio de líquido em posições diferentes.

O jorro sairá cada vez mais

forte à medida que

aumentarmos a altura da

coluna de líquido (isto é, nos pontos mais baixos).

Variação da pressão exercida por um líquido

Pressão e profundidade em um fluido estático

Num fluido qualquer, a pressão não é a mesma em todos os pontos.

Porém, se um fluido homogêneo estiver em repouso, então todos os pontos numa superfície plana horizontal estarão à mesma pressão.

“A pressão a uma mesma profundidade de um fluido deve ser constante ao longo do plano paralelo à superfície”

Patm

Pressão e profundidade em um fluido estático

A pressão nas linhas marcadas na figura será a mesma, se estiverem em um mesmo plano horizontal

Os pontos 1 e 2 estão no interior de um fluido de densidade .

A porção de líquido em cor diferente está em equilíbrio (não se move) sob a ação de seu próprio peso e das forças que o restante do líquido exerce sobre ela.

Para que o líquido esteja em equilíbrio, a força resultante que atua no sistema tem que ser nula.

h W = ( .g).v = .h.A

Se o líquido está em repouso, tem-se que: FY = 0 e portanto:

ghPP gAhAPAP gVAPAP

A pressão no ponto 1 será a pressão atmosférica local e a pressão no ponto 2

poderá ser obtida pela relação:

1 Patm

Pressão Atmosférica

O ar, como qualquer substância próxima à

Terra, á atraído por ela, isto é, o ar tem peso.

Em virtude disto, a camada atmosférica que

envolve a Terra, atingindo uma altura de

dezenas de quilômetros, exerce uma pressão

sobre os corpos nela mergulhados. Esta pressão é denominada Pressão Atmosférica.

Vivemos no fundo de um oceano de ar e esse

oceano, como a água de um lago, exerce pressão nos corpos nele imersos.

Pressão Atmosférica

Torricelli, físico italiano, realizou uma famosa experiência que, além de demonstrar que a pressão existe realmente, permitiu a determinação de seu valor:

Torricelli encheu de mercúrio (Hg) um tubo de vidro com mais ou menos 1 metro de comprimento; em seguida fechou a extremidade livre do tubo e o emborcou numa vasilha contendo mercúrio.

Quando a extremidade do tudo foi aberta, a coluna de mercúrio desceu, ficando o seu nível aproximadamente 76 cm acima do nível do mercúrio dentro da vasilha.

Torricelli concluiu que a pressão atmosférica,

(Patm) atuando na superfície livre do líquido no recipiente, conseguia equilibrar a coluna de mercúrio.

O espaço vazio sobre o mercúrio, no tubo, constitui a chamada câmara barométrica, onde a pressão é praticamente nula (vácuo).

Como a altura da coluna líquida no tubo era de 76 cm = 76 m, Torricelli chegou à conclusão de que o valor da pressão atmosférica ao nível do mar equivale à pressão exercida por uma coluna de mercúrio de 76 cm de altura.

A pressão de 76 cm Hg é denominada pressão atmosférica normal e equivale a outra unidade prática de pressão chamada atmosfera (atm).

Paxmx s m x

Kg P ghP

Pascal repetiu a experiência no alto de uma montanha e verificou que o valor da pressão atmosférica era menor do que ao nível do mar.

Concluiu que quanto maior for a altitude do local, mais rarefeito será o ar e menor será a altura da camada de ar que atuando na superfície de mercúrio.

*No fundo do mar a pressão exercida pela água trás conseqüências para os mergulhadores, como dissolver nitrogênio no sangue, que pode virar gás quando voltar a superfície.

Para dois líquidos temos: PH = ρ1.g.h1+ ρ2.g.h2

•Bombas de sucção: funcionam pela pressão atmosférica.

•Beber de canudinho: também, é a pressão atmosférica que “empurra” ó líquido pelo canudinho.

***Para a água o limite de altura é de aproximadamente 10 m.

No caso dos vasos comunicantes (dois ramos de um tubo em U), as alturas medidas a partir do nível de separação dos dois líquidos são inversamente proporcionais às massas específicas dos líquidos. Tomando os pontos A e B, na mesma horizontal e no mesmo líquido, temos:

ghPghP P

Aplicações em Biologia

• Mergulho Subaquático

• À medida que descemos no mar a profundidades cada vez maiores, a pressão da água aumenta. O aumento da pressão força os escafandristas a utilizarem roupas muito especiais. O que acarreta o aumento da pressão é o aumento do peso do fluido que está acima do mergulhador. Quanto maior for a profundidade tanto maior será o peso do líquido e, portanto, maior será a pressão.

mx s m x

Kg P ghP

•Aplicações em Biologia

• Alpinismo

A enorme massa de ar existente acima de nós exerce uma pressão sobre todos os seres vivos na superfície terrestre. À medida que subimos uma montanha, a pressão exercida pelo ar se torna menor, pois o peso do ar se reduziu (a quantidade ar acima de nós é menor). Por isso, a grandes altitudes a pressão é bastante reduzida, forçando os escaladores de montanha a tomar precauções.

Aplicações em Biologia

• Canudinho Como o líquido sobe pelo canudinho?

Ao "chuparmos" o líquido, o que fazemos é diminuir a pressão no interior de nosso pulmão.

Com isso, a pressão atmosférica fica maior do que a pressão no interior de nossa boca e desse modo, a pressão atmosférica "empurra" o líquido pelo canudinho.

Aplicações em Biologia •Pressão sanguínea

gmE gmFF g VmVFV

VmAh hFAh hg VmAFA hgPP cLD c

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