Fluidos são substâncias capazes de escoar e que se deformam com facilidade. Incluem os líquidos, os gases e até mesmo o plasma. Fluidos ideais não oferecem qualquer resistência à aplicação de forças, ao ponto de assumirem o mesmo formato do recipiente em que são confinados.
Veja também: Dicas para resolver exercícios de Cinemática e se dar bem em qualquer prova
Características dos fluidos
Os fluidos podem ser divididos inicialmente em duas categorias: fluidos ideais e fluidos reais. Neste artigo trataremos dos fluidos ideais. Para tanto, vamos conferir algumas de suas principais características:
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não apresentam viscosidade;
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não resistem a cortes;
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são incompressíveis;
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não apresentam turbulências.
Além dessas características, uma vez que os fluidos não apresentam formato definido, suas propriedades são estudadas a partir de grandezas como massa específica e pressão que eles são capazes de exercer.
Massa específica
A massa específica de um fluido diz respeito à quantidade de matéria contida em um certo volume. Pode ser calculada por meio da massa do fluido dividida pelo volume ocupado por ele.
ρ – massa específica
m – massa
V – volume
A unidade de medida da massa específica, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades, é o kg/m³, entretanto é comum que utilizemos unidades como o g/cm³ ou ainda o kg/L.
A massa específica dos fluidos é definida com base na densidade da água, que apresenta densidade de 1000 kg/m³, 1 g/cm³ ou 1 kg/L. Na tabela a seguir, vamos conferir a massa específica de outros fluidos conhecidos.
| Substância | Massa específica (g/cm³) |
| Álcool | 0,79 |
| Benzeno | 0,90 |
| Água | 1,00 |
| Mercúrio | 13,60 |
| Hexano | 0,66 |
| Nitroglicerina | 1,60 |
Pressão hidrostática
Os fluidos em repouso são capazes de exercer pressão, que é proporcional à sua densidade e altura. A pressão hidrostática, também conhecida como pressão manométrica, pode ser calculada pelo produto entre massa específica, aceleração da gravidade e altura do fluido.
ρ – massa específica (kg/m³)
g – aceleração da gravidade (m/s²)
h – altura do fluido em relação à superfície (m)
A partir do teorema de Stevin, também é possível determinar qual é a pressão em um ponto qualquer no interior de um fluido. Para tanto, deve-se levar em conta se o fluido encontra-se ou não sujeito a uma pressão externa, como a pressão atmosférica.
P0 – pressão atmosférica
Chamamos de pressão atmosférica a pressão exercida pelo fluido que compõe a atmosfera terrestre. Ao nível do mar, a pressão atmosférica da Terra vale aproximadamente 1,01.105 Pa (pascal), e 1 Pa equivale a uma força de 1 N, aplicada sobre uma área de 1 m².
Teorema de Pascal
De acordo com o Teorema de Pascal, toda pressão exercida sobre um fluido distribui-se de maneira uniforme em seu interior. Além disso, a força que o fluido exerce sobre o recipiente que o confina é sempre perpendicular à superfície do recipiente. Quer entender melhor sobre o assunto? Acesse o nosso artigo específico: Teorema de Pascal.
Veja também: Hidrostática — área da Física que explica o comportamento dos fluidos em condições de equilíbrio estático
Teorema de Arquimedes
Segundo o teorema de Arquimedes, o volume de fluido que é deslocado quando inserimos algum corpo no interior de um fluido corresponde ao próprio volume do corpo inserido. Além disso, se o peso do volume de fluido deslocado for menor que o peso do corpo inserido sobre o fluido, então esse corpo afundará. Se quiser saber mais sobre o assunto, acesse nosso artigo específico: Teorema de Arquimedes.
Dinâmica dos fluidos
A dinâmica dos fluidos é a área da mecânica que estuda os fluidos em movimento. Vamos ilustrar a situação em que um fluido ideal escoa através de um tubo de diferentes áreas de seção reta e diferentes alturas.
A principal equação da dinâmica dos fluidos é a equação de Bernoulli. Por meio dela, é possível relacionar diferentes pontos do fluido ilustrado na imagem anterior.
P1 e P2 – pressões nos pontos 1 e 2
h1 e h2 – alturas dos pontos 1 e 2
v1 e v2 – velocidades de escoamento do fluido nos pontos 1 e 2
A equação de Bernoulli é derivada da conservação da energia mecânica. Para que ela seja válida, entretanto, é necessário que o fluido estudado seja ideal. Essa equação tem diversas aplicações práticas, tais como a aerodinâmica e a hidrodinâmica.
O voo dos aviões, por exemplo, é explicado por meio da equação de Bernoulli. O ar que flui sobre a parte superior da asa do avião escoa mais rapidamente que o ar que passa pelo lado debaixo da asa. Isso faz com que a pressão em cima da asa seja menor que pressão na parte de baixo, desse modo, surge uma força de sustentação capaz de manter o avião no ar.
Exercícios resolvidos sobre fluidos
Questão 1 — Um fluido ideal ocupa o volume de 0,5 cm³ e apresenta uma massa igual a 0,2 g. Determine a massa específica desse fluido em g/cm³ e assinale a alternativa correta.
a) 0,8
b) 0,4
c) 1,2
d) 0,9
Resolução:
Para resolver o exercício, basta calcularmos a massa específica dividindo a massa do fluido pelo volume que ele ocupa. Observe:
Questão 2 — Um fluido ideal de massa específica igual a 0,8 g/cm³ encontra-se em equilíbrio hidrostático quando armazenado em um recipiente rígido e fechado, ocupando, assim, todo o seu volume. Sabendo que a área da base do recipiente, de formato cilíndrico, é igual a 0,25 m² e sua altura é de 1,25 m, a pressão hidrostática exercida pelo fluido é igual a:
Dados: g = 10 m/s².
a) 125 Pa
b) 50 Pa
c) 10 Pa
d) 15 Pa
Resolução:
Perceba que a pressão exercida pelo fluido não depende da área da base do recipiente, mas apenas de sua profundidade. Para calcular essa pressão, basta usarmos a fórmula da pressão hidrostática, também conhecida como pressão manométrica. Observe:
Questão 3 — Um mergulhador encontra-se a uma profundidade de 10 m em um lago cuja água apresenta uma massa específica de 1000 kg/m³. Sabendo que a aceleração da gravidade no local é de aproximadamente 9,8 m/s², a pressão total exercida sobre o mergulhador é de:
Dados: P0 = 1,0.105 Pa.
a) 1,98.105 Pa
b) 2,98.105 Pa
c) 0,98.105 Pa
d) 1,89.104 Pa
Resolução:
Para calcular a pressão exercida sobre o mergulhador, é preciso considerar a pressão atmosférica, além da pressão exercida pela água. Para tanto, utilizamos o teorema de Stevin:
Oii, pq a alternativa que eu marquei está errada ?
(ENEM 2014 3º APLICAÇÃO) Tanto na natureza, quanto na indústria, existem diversos tipos de fluidos. Fluidos Newtonianos são aqueles que apresentam crescimento linear da tensão cisalhante com relação ao gradiente de velocidade, com coeficiente angular não nulo. Apresentam ainda tensão cisalhante nula com gradiente de velocidade zero. Afigura apresenta a relação da tensão cisalhante com o gradiente de velocidade para diversos tipos de fluidos.
Dentre as curvas da figura, determine qual(is) é(são) de fluido(s) Newtoniano(s).
Encontrou um problema?
Oii!! Legal você conosco. Espero poder ajudar.
O erro do gráfico A é porque ele não obedece a última condição. Ou seja, o gradiente de velocidade, quando é 0, não apresenta tensão cisalhante igual a 0.
Bons estudos.