Hidrostática: entenda os princípios de Pascal e Arquimedes e o teorema de Stevin

Conheça os conceitos de hidrostática e mergulhe nos princípios de Pascal e Arquimedes e o teorema de Stevin.

10 de agosto de 2023
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A hidrostática, ramo da física dedicado ao estudo dos fluidos em equilíbrio, oferece um olhar fascinante sobre os fenômenos que ocorrem no mundo líquido ao nosso redor. 

Compreender os princípios fundamentais por trás desses fenômenos nos permite desvendar desde a pressão exercida por fluidos confinados até a flutuabilidade dos objetos imersos.

Neste post blog, vamos explorar os conceitos fundamentais da hidrostática, além de compreender os princípios de Pascal e Arquimedes e o teorema de Stevin. Prepare-se para mergulhar nesse universo de conhecimento.

O que é hidrostática?

A hidrostática é um ramo da física que estuda os fluidos em repouso, ou seja, quando não há movimento. 

É graças a ela que é possível compreender o comportamento de líquidos e gases sob diferentes condições.

Para entender a hidrostática, é preciso compreender os seguintes conceitos: pressão, transmissão de pressão em fluidos, empuxo e variação.

Conceitos principais da hidrostática

Mergulhando mais afundo no conceito de hidrostática, nos deparamos com alguns termos de grande relevância para o estudo desta temática e, para ficar mais fácil o seu entendimento, explicaremos a seguir, de forma simples, o que significa cada um.

1. Pressão

A pressão é a força exercida por um fluido sobre uma determinada área. De forma resumida, a pressão é como uma força “espalhada”, onde a área aplicada é totalmente influente na quantidade de força sentida. 

Imagine que você esteja empurrando uma das paredes de uma piscina de criança, como a área é pequena, a pressão será ainda maior. Porém, se você empurrar a parede de uma piscina olímpica, a pressão se tornará muito menor. 

Na prática, a pressão é a força que um fluido (como a água ou o ar) exerce sobre uma área específica. Para calcular a pressão, você divide a força aplicada pela área em que ela atua. Quanto maior a força exercida ou menor a área, maior será a pressão.

Esse conceito é essencial para áreas como a engenharia hidráulica, possibilitando a projeção de sistemas mais eficientes e seguros que possibilitem transmitir força e controlar movimentos.

2. Transmissão de pressão em fluidos

Imagine que você tem um balão cheio de água e você pressiona uma parte dele com o dedo. 

Você perceberá que a pressão que exerceu não fica apenas no ponto em que você tocou, mas se espalha por todo o balão. Isso ocorre porque a pressão em um fluido é transmitida igualmente em todas as direções.

Um exemplo prático da utilização deste conceito está na construção de barragens. Quando a água enche o reservatório, ela exerce uma pressão hidrostática sobre as paredes da barragem. 

Graças à transmissão de pressão, essa pressão hidrostática é distribuída de maneira uniforme por toda a estrutura da barragem. 

Isso reforça que este princípio é fundamental na engenharia civil, especialmente na construção de barragens, garantindo a segurança e estabilidade dessas estruturas.

3. Empuxo

Sabe quando você pula na piscina e é “puxado” para cima? Isso é o empuxo. 

O empuxo depende de duas coisas: a densidade do fluido e o volume de fluido que o objeto desloca. Quanto maior a densidade do fluido, maior será o empuxo. Isso significa que quanto mais do objeto estiver imerso no fluido, maior será o empuxo.

Um exemplo prático do empuxo é o comportamento dos objetos flutuantes em um líquido, como um barco navegando sobre a água. 

O barco é projetado para ter um formato que empurra uma grande quantidade de água para baixo enquanto flutua. O empuxo que a água exerce sobre o barco ajuda a mantê-lo flutuando, mesmo sendo um objeto pesado.

4. Variação

A variação de pressão ocorre quando há diferença de pressão entre dois pontos em um mesmo fluido que está parado. Essa diferença de pressão é diretamente proporcional à diferença de altura vertical entre esses pontos e à densidade do fluido. 

Imagine um cano com água dentro. Se tivermos um ponto mais alto no cano e outro mais baixo, haverá uma diferença de altura entre eles. 

Essa diferença de altura influencia diretamente na diferença de pressão entre os dois pontos. Quanto maior a densidade do fluido, maior será a variação de pressão entre os pontos.

Na prática, a variação de pressão é aplicada em sistemas hidráulicos, que são sistemas que utilizam líquidos para transmitir força e energia. 

Agora que você já está por dentro dos principais conceitos de hidrostática, vamos entender os famosos princípios e o teorema deste tema.

Princípio de Pascal

O Princípio de Pascal nos diz que quando aplicamos pressão em um fluido que não pode ser comprimido, essa pressão é transmitida igualmente para todas as direções.

Isso significa que qualquer mudança de pressão aplicada em um ponto de um fluido confinado se propaga igualmente em todas as direções, sem perdas significativas. 

Esse princípio é fundamental para entender o funcionamento de sistemas hidráulicos, como freios de carros, macacos hidráulicos e prensas, que se baseiam na transmissão da pressão para gerar força e movimento.

A pressão se propaga uniformemente em todas as direções, o que se resume na seguinte fórmula: 

P₁ / A₁ = P₂ / A₂

NOMENCLATURA

P₁ = Pressão aplicada na primeira área

A₁ = Área correspondente à primeira pressão aplicada 

P₂ = Pressão resultante na segunda área

A₂ = Área correspondente à segunda pressão resultante

O Princípio de Pascal desempenha um papel crucial em nossa compreensão da pressão e sua aplicação prática na criação de máquinas e dispositivos úteis em várias áreas industriais.

Princípio de Arquimedes

O princípio de Arquimedes, estabelece que um objeto imerso em um fluido recebe um empuxo verticalmente para cima, igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. Em outras palavras, o princípio explica por que um objeto flutua ou afunda em um fluido. 

Se o peso do objeto for menor do que o empuxo exercido pelo fluido, o objeto flutua. Caso contrário, o objeto afunda. Ele é fundamental para entender a flutuação de barcos, o funcionamento de submarinos e até mesmo o equilíbrio do corpo humano imerso na água.

Sabe aquela sensação de flutuar que você sente ao entrar em uma piscina? Este é o empuxo agindo em você. A fórmula que representa essa força é:

E = ρ * V * g

NOMENCLATURA

E = Empuxo 

ρ = Densidade do fluido 

V = Volume de fluido deslocado pelo objeto 

g = Aceleração da gravidade 

Este princípio é aplicado em diversas áreas, como na construção de navios e submarinos, pois nos ajuda a entender como essas estruturas flutuam e se movimentam na água.

Teorema de Stevin

O teorema de Stevin, descreve a relação entre a pressão hidrostática e a altura de um fluido em repouso. Segundo ele, a pressão exercida por um fluido em um ponto depende apenas da altura do fluido acima desse ponto, e não do formato do recipiente ou da área de superfície. 

Em outras palavras, a pressão aumenta proporcionalmente à profundidade do fluido. Isso significa que quanto maior a altura do fluido, maior será a pressão exercida. 

O teorema de Stevin é importante para entender fenômenos como a pressão atmosférica, o funcionamento de barragens e o equilíbrio de líquidos em recipientes conectados em diferentes alturas. Essa relação pode ser expressa pela fórmula:

ΔP = ρ * g * Δh

NOMENCLATURA

ΔP = Variação da pressão

ρ = Pressão absoluta 

g = Gravidade 

Δh = Variação de altura

Um grande exemplo do Princípio de Stevin aplicado é o sistema hidráulico das casas. 

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Fontes:

Hidrostática – Brasil Escola
Hidrostática – Toda matéria
Hidrostática – Conceitos, Stevin e Pascal

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