Hidrostática: empuxo, pressão, princípios e mais

Conhecida como o ramo da física em que se estuda a força exercida entre líquidos em repouso, a hidrostática tem esse nome devido ao primeiro fluído em estudo – no caso, a água. Define-se como fluído aquilo que pode ser facilmente escoado, além de não ter forma, sendo adaptado conforme o recipiente em que é colocado.

No estudo da hidrostática, acontece o estudo da densidade, do princípio de Pascal, do empuxo, da pressão e, também, do fundamento da hidrostática.

Densidade: como funciona?

Chamada de densidade ou de massa específica, ela é a relação entre a massa e o volume do corpo, com a seguinte fórmula:

Os corpos que têm menor volume costumam apresentar uma densidade maior. Já aqueles que têm pouca massa e grande volume apresentam pouca densidade. A unidade de densidade mais utilizada é 1/g/cm3.

Pressão

É a relação entre a força aplicada de forma perpendicular sobre um corpo, diante de sua área sob a que atua. No caso, isso fica representado pela fórmula:

  • P= F/A

A unidade de pressão usada é em newtons por metro quadrado (N/m²), chamado de Pascal.

Princípio fundamental de hidrostática

Conhecido também como princípio de Stevin, ele determina que a diferença entre a pressão de dois pontos do mesmo líquido é a mesma do produto da massa determinada (conhecida como densidade), pelo módulo da aceleração da gravidade local e pela diferença de profundidade entre os pontos que são considerados.

Em resumo, é representado pela seguinte fórmula:

  • d: densidade do líquido;
  • g: módulo da aceleração da gravidade local;
  • h: diferença entre as profundidades dos pontos do mesmo líquido.

A partir disso, conclui-se que:

  • Pontos localizados no mesmo líquido e na mesma distância horizontal têm a mesma pressão;
  • A pressão permanece, mas aumenta conforme o aumento da profundidade;
  • A superfície livre dos líquidos em equilíbrio é horizontal.

Empuxo

Chamado também de impulsão, ele é a força hidrostática que atua diretamente no corpo que está imerso no fluido. Desse forma, a força de empuxo resulta da força exercida no fluido em um corpo. Um exemplo clássico disso é como nosso corpo parece mais leve dentro da água.

O acontecimento foi estudado por Arquimedes, que chegou à conclusão, ao colocar um item dentro de um copo d’água. O corpo que foi mergulhado no fluido recebeu esse material de baixo para cima, igual ao peso que existe no volume do fluido que foi deslocado, assim, os corpos que são mais densos que a água acabam afundando, enquanto os menos densos costumam flutuar.

Diante da força de empuxo, conclui-se que:

  • Se a força do empuxo possui maior intensidade do que a força do peso, o corpo vai subir para a superfície;
  • Caso a força do empuxo tenha a mesma intensidade que a força peso, o corpo fica em equilíbrio, sem subir ou descer;
  • Caso a força do empuxo tiver menor intensidade que a força peso, ela acaba afundando.

A força empuxo é uma grandeza vetorial, tendo direção, módulo e sentido. Esse valor é calculado por meio da seguinte fórmula:

E = df. Vfd . g

  • E: força empuxo;
  • df: densidade do fluído;
  • Vfd: volume do fluido;
  • g: aceleração da gravidade.

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