Estática e hidrostática – O que são? Fórmulas e Princípios Básicos!

A hidrostática estuda a característica de líquidos em equilíbrio, enquanto a estática investiga corpos em equilíbrio sob a ação de forças ou torques.

A seguir, conheça as principais características de cada uma dessas áreas de estudo da física. Só aqui, no Gestão Educacional!

O que é estática?

Um livro em repouso em uma mesa e um automóvel em velocidade constante em uma pista horizontal possuem algo em comum: estão em equilíbrio. O automóvel está em equilíbrio dinâmico e o livro está em equilíbrio estático.

O equilíbrio estático ocorre quando o ponto ou corpo está perfeitamente parado, ou seja:

Enquanto isso, o equilíbrio dinâmico ocorre quando o ponto ou corpo está em Movimento Uniforme, ou seja:

Equilíbrio de um ponto material

Se considerarmos um corpo em um ponto material, sua aceleração é nula e podemos afirmar que ele está em equilíbrio estático ou dinâmico. Além disso, um corpo pode apresentar movimento de translação, rotação ou ambos. Quando consideramos o corpo como um único ponto, não há sentido falar em rotação.

Para que um ponto material esteja em equilíbrio, é necessário que a resultante de todas as forças que agem sobre ele seja nula, ou seja:  

De acordo com a Segunda Lei de Newton, se a resistência ao movimento for desprezível, qualquer força, por menor que seja, pode deslocar qualquer corpo. Por isso, essa somatória deve ser nula para que o corpo esteja em equilíbrio, ou seja, esteja em repouso ou em MRU.

Se o corpo estiver em repouso com relação a um determinado referencial, dizemos que ele está em equilíbrio estático em relação a esse referencial.

A imagem acima mostra um corpo A de massa m= 20kg. Para esse corpo estar em repouso, as forças F1, F2, N e P devem ter uma resultante igual a zero. A força normal e a força peso têm sentidos opostos, o mesmo módulo e a mesma direção, portanto, elas se anulam.

Além disso, para o corpo continuar em repouso, as forças F1 e F2 também devem se anular. Se a força F1 = 12N, a força F2 também deve possuir a intensidade de 12N, estar na mesma direção da força F1 e ter sentido oposto a ela.

Porém, nem sempre as forças atuantes estão no mesmo sentido.

É necessário decompor cada uma dessas forças em seus componentes vetoriais na direção dos eixos x e y:

Como a soma vetorial dos componentes de cada equivale à própria força, vamos estudar essas forças a partir de seus componentes.

Para que a resultante seja nula, a resultante dos componentes que atuam nas direções x e y também devem ser nulas.

Para o eixo x, temos:

• F₁ + F_2x + F_3x + F_4x + 0

Para o eixo y, temos:

• F_1y + F_2y + F_3y + F_4y + 0

Portanto, para que um ponto material sujeito à ação de um sistema de forças no mesmo plano esteja em equilíbrio, é necessário que a soma algébrica das componentes de força do eixo x e do eixo y seja nula. Ou seja:

Momento de uma força

Porém, quando não estamos mais lidando com um ponto material, mas sim com corpos rígidos sujeitos à ação simultânea de várias forças, o equilíbrio é alcançado somente quando:

1. Existe equilíbrio de translação, o centro de massa está em repouso ou MRU;
2. Existe equilíbrio de rotação, em relação a qualquer ponto do corpo.

Para acontecer (a), a somatória das forças que atuam sobre o centro de massa deve ser nula.

Para acontecer (b), precisamos conhecer a tendência de rotação que uma força F produz em, por exemplo, uma barra, com relação ao ponto O, que é chamado de momento da força F em relação a esse ponto, dado por: M = F. d – sendo F a intensidade da foça e d a distância de aplicação da força ao ponto O. Essa distância recebe o nome de braço da força.

O momento resultante de um sistema de forças é obtido pela soma algébrica dos momentos de cada uma das forças. Para um corpo rígido estar em equilíbrio, o momento resultante também deve ser nulo:

Resumindo, para um corpo rígido estar em equilíbrio, duas condições devem ser satisfeitas:

A somatória das forças que agem sobre o corpo deve ser nula, bem como a somatória dos torques (movimento de rotação) produzidos por essas forças.

Hidrostática

A densidade é a grandeza que indica a medida de concentração de massa de uma substância em determinado volume.

Quanto maior a razão entre a massa e o volume, existe mais massa contida em determinado volume, então é maior a densidade da substância.

A pressão exercida por uma força é dada pela divisão entre a força aplicada e a área em que a força atua:

Quanto menor a área, maior o efeito produzido pela força; quanto maior a área, menor o efeito produzido pela força. A unidade de pressão no SI é denominada Pascal (Pa), N/m².

Ficou com alguma dúvida? Então, confira essa incrível aula dada pelo professor, para resolver os seus problemas de vez!