A hidrostática é um tópico da física que se encontra no nosso dia a dia, como no movimento da água na piscina e nos sistemas hidráulicos. Além disso, ele é um assunto frequente em vestibulares como o ENEM.
Neste resumo, você conhecerá o seu conceito, as suas grandezas (densidade, pressão, peso e empuxo) e os seus princípios (Arquimedes, Stevin e Pascal). Assim, continue com a leitura para conferir.
O que é hidrostática?
Este é o ramo da física que analisa os fluidos em estado de repouso, sejam eles líquidos ou gasosos. De antemão, podemos definir o fluido como uma substância capaz de assumir a forma do seu recipiente, a qual pode ter o seu formato alterado sob a ocorrência de uma força externa. A saber, um dos principais conceitos hidrostáticos é o de densidade, o qual representa a quantidade de matéria presente em um volume específico.
A densidade pode ser calculada segundo a seguinte fórmula: d = m (massa) / v (volume). Sobretudo, é importante saber que ela é medida em quilogramas por metro cúbico (Kg/m³), de acordo com o Sistema Internacional de Unidades. Além disso, existem dois tipos dessa grandeza: o absoluto e o relativo.
Nesse sentido, a densidade absoluta representa a massa determinada de uma substância. Para calculá-la, basta substituir na fórmula tradicional o d por μ. Por outro lado, a modalidade relativa diz respeito ao cenário no qual duas substâncias estão em contato. Aqui, o seu cálculo é feito pela razão de uma densidade pela outra, a qual resultará em um número puro (sem unidade de medida).
Pressão hidrostática
Adiante, outro conceito fundamental para os estudos hidrostáticos é o de pressão. Logo, essa propriedade representa a pressão feita por um fluido sobre outro fluido ou corpo. A fórmula para calculá-la é P (pressão – Pa) = d (densidade – g/cm³) x h (altura do fluido – m) x g (aceleração da gravidade – m/s²).
Dessa forma, quanto maior for a profundidade de um objeto imerso no fluido, maior será a pressão realizada contra ele. Logo, essa pressão é diretamente proporcional à profundidade. Podemos notar facilmente essa característica nos oceanos: por exemplo, na profundidade limite que um mergulhador é capaz de atingir sem que a pressão marítima comece a lhe fazer mal.
Empuxo
Ademais, a terceira propriedade essencial da hidrostática é a ideia de empuxo. Assim, ele é a força resultante (direcionada para cima) feita por um fluido sobre um objeto mergulhado. Dessa maneira, a força empuxo é uma grandeza vetorial (com direção, módulo e sentido), a qual pode ser expressa nesta fórmula: E (empuxo – N) = d (densidade – Kg/m³) x V (volume do líquido deslocado – m³) x g (aceleração da gravidade – m/s²).
Sobretudo, as pessoas conseguem sentir o empuxo quando entram no mar e sentem que estão mais leves. Além disso, ele também é facilmente verificável quando observamos o que afunda e o que flutua na água. Em suma, corpos ou objetos de densidade maior que o da água irão afundar, ao passo que os de densidade menor irão flutuar.
A saber, o empuxo tem um sentido contrário à força e ao peso. Nesse sentido, ele se determina pela densidade do fluido. Por exemplo, é devido a essa característica que um navio de várias toneladas consegue flutuar no oceano.
Princípio de Arquimedes
O teorema mais famoso da hidrostática é o princípio elaborado pelo cientista grego Arquimedes no século III a.C, o qual tratava sobre o empuxo. Este polímata realizou um experimento significativo: quando colocou um objeto dentro de um copo cheio de água, ele notou que parte da água transbordou.
Assim, o peso referente a esse volume deslocado equivale ao empuxo, ao passo que os corpos ou objetos imersos em fluidos em equilíbrio sofrem a ação de uma força vertical.
Peso aparente
Retomemos o exemplo da sensação de uma maior leveza ao entrar na água. Outra grandeza que explica esse fenômeno é o conceito de peso aparente.
Assim, ele é a força resultante do peso e do empuxo que operam sobre um objeto presente em um fluido. Nesse sentido, a sensação de leveza decorre do fato de que a força do empuxo age sobre o corpo de forma vertical, sempre com direção para cima.
Sobretudo, esta é a fórmula dessa grandeza: Pap (peso aparente – N) = P (peso do corpo – N) – E (empuxo exercido sobre o corpo – N).
Lei de Stevin
Em adição ao Princípio de Arquimedes, outro teorema fundamental hidrostático é a Lei de Stevin, ou Princípio Fundamental da Hidrostática. A saber, ela representa a seguinte ideia: “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”.
Agora, vejamos um exemplo de sua aplicação. Consideremos uma piscina cheia de água: um ponto que se encontra próximo da superfície terá uma pressão menor do que um ponto que se encontra próximo à base. Porém, em uma situação na qual ambos os pontos estejam em nível equivalente e em um líquido homogêneo, eles receberão a mesma quantidade de pressão.
Nesse sentido, a Lei de Stevin é expressa pela seguinte fórmula: ΔP (variação de pressão – N) = d (densidade – Kg/m³) x g (aceleração da gravidade – m/s²) x Δh (variação da coluna de líquido – m).
Princípio de Pascal
Por fim, o último teorema da hidrostática é o Princípio de Pascal. A saber, ele prevê que a pressão realizada em um ponto de um fluido em equilíbrio (não compressível e formado por moléculas que não interagem entre si) passa integralmente para as outras regiões.
Nesse sentido, a sua fórmula é F1 (força exercida sobre o ponto 1 – N) / A1 (área em a F1 foi aplicada – m²) = F2 (força exercida sobre o ponto 2 – N) / A2 (área em a F2 foi aplicada – m²).
O exemplo mais famoso do Princípio de Pascal é o da pasta de dente. Quando um indivíduo a aperta para escovar os dentes, o fluido se desloca. Assim, quanto mais ele apertar, mais pasta de dente irá sair.
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