Hidrostática

O que é hidrostática?

É o ramo da física que estuda fluidos (tanto líquidos como gasosos) em repouso. O estudo dos fluidos é atribuído à hidrostática.

Este assunto também engloba o estudo das forças que atuam em corpos flutuantes, naqueles que se encontram parcial ou totalmente submersos em um fluido.

Para tornar este estudo mais prático, alguns conceitos deverão ser apresentados ao longo deste artigo.

1- Massa específica e densidade:

Representa a quantidade de massa distribuída em um corpo homogêneo, ou seja, sem espaços vazios. Ela é dada pela fórmula:

u= m/v

Onde:

u= massa específica (kg/m³ ou g/cm³)

m= massa (kg ou g)

v= volume do corpo (m³ ou cm³)

Diferentemente da massa específica, a densidade representa a quantidade de matéria distribuída em um corpo não homogêneo, que pode apresentar espaços vazios. Ela é dada por:

d= m/v

Onde:

d= massa específica (kg/m³ ou g/cm³)

m= massa (kg ou g)

v= volume do corpo (m³ ou cm³)

Exemplo:(Fesp-SP) Um cubo oco de alumínio apresenta 100g de massa e volume de 50 cm³. O volume da parte vazia é de 10 cm³. A densidade do cubo e a massa específica do alumínio são, respectivamente:
a) 0,5 g/cm³ e 0,4 g/cm³
b) 2,5 g/cm³ e 2,0 g/cm³
c) 0,4 g/cm³ e 0,5 g/cm³
d) 2,0 g/cm³ e 2,5 g/cm³
e) 2,0 g/cm³ e 10,0 g/cm³

I) Primeiramente, a densidade do cubo será dado pela massa do cubo dividido pelo seu volume total (considerando o seu espaço vazio).

d= 100 g/ 50 cm³
d= 2,0 g/cm³

II) A massa específica desse cubo será determinada pelo quociente da massa do cubo e do seu volume real (desconsiderando o seu espaço vazio).

u= 100 g/ (50 - 10) cm³
u= 100 g/ 40 cm³
u= 2,5 g/cm³

Resposta: Item d

2- Pressão

Pressão é a definida como a aplicação de uma força perpendicular à superfície de aplicação sobre a área desta mesma superfície. Sua fórmula é:

P= F/A

Onde:

P= Pressão (Pascal ou Pa)

F= Força aplicada (N)

A= Área de aplicação (m²)

Exemplo: Uma força de intensidade de 20 N é aplicada sobre uma área de 0,5 m². Qual a pressão exercida sobre esta superfície?

P= F/A

P= 20/0,5

P= 40 N/m²= 40 Pa

Resposta: P= 40 N/m²= 40 Pa

3- Pressão hidrostática

Quando nadamos em uma piscina, sentimos uma maior pressão à medida que nadamos cada vez mais fundo dentro dela. Isso ocorre porque sentimos a pressão exercida pelo fluido no qual estarmos imersos, a água neste caso.

Tal pressão é dada pela seguinte fórmula.

Ph= u • g • h

Onde:
u= massa específica (kg/m³)
g= aceleração gravitacional da Terra (m/s²)
h= profundidade do ponto de pressão (m)

Exemplo: Submerso em um lago, um mergulhador constata que a pressão hidrostática a qual ele está submetido vale 60 000 N/m². Determine a profundidade que o mergulhador encontra-se da superfície. Considere a densidade da água sendo 1000 kg/m^3 e a aceleração da gravidade igual a
10 m/s².

a) 5,0 metros
b) 5,5 metros
c) 6,0 metros
d) 6,5 metros
e) 7,0 metros

*Utilizando os dados fornecidos (u= 1000 kg/m³, 10 m/s² e P= 60 000 N/m²), a profundidade na qual encontra-se será:

Ph= u • g • h
60 000= 1000 • 10 • h
10000h= 60000
h= 60000/10000
h= 6,0 metros

Resposta: Item c

4- Pressão atmosférica

No planeta Terra, qualquer parte de sua superfície está envolta em um grande fluido gasoso o ar atmosférico. Visto que se trata de um fluido, ele exerce pressão em quaisquer corpos imersos nele.

Segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), a pressão atmosférica deve ser expressa em Pa, mas outras unidades podem ser encontradas:

-atm (1 atm= 100 000 Pa)

- cmHg ( 1 atm= 760 cmHg)

5-Princípio de Stevin

Este princípio nos permite calcular a pressão de um corpo submerso em um líquido a uma certa profundidade com contato com o ar atmosférico e sua pressão. Tal cálculo é dado por:

Pt= Patm + Ph
Pt= Patm + u • g • h

Onde:
Pt= Pressão total
Patm= Pressão atmosférica
u= massa específica (kg/m³)
g= aceleração gravitacional da Terra (m/s²)
h= profundidade do ponto de pressão (m)

6-Princípio de Pascal:

Segundo este princípio, o acréscimo de pressão em um ponto distribui-se integralmente a todos que se encontrem na mesma altura.

Uma das aplicações mais práticas deste princípio é a prensa hidráulica

F1 = F2
A1 A2

Exemplo: Com uma prensa hidráulica, ergue-se um automóvel de massa 1000 kg, num local onde a aceleração da gravidade é 10 m/s². Sabendo que o êmbolo maior tem área de 2 000 cm² e o menor, 10 cm², a força para manter o automóvel erguido é:
a) 150 N
b) 100 N
c) 50 N
d) 10 N
e) Nenhum dos valores anteriores

I) Primeiramente, deve-se calcular o peso do automóvel a ser levantado

P= m • g
P= 1000 • 10
P= 10000 N

II) Agora podemos estabelecer a seguinte relação:

F = 10000

10 2000

F = 5
10

F= 5 • 10
F= 50 N

Resposta: Item c