Hidrostática Física II

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Hidrostática 
Caracterização de Sólidos, Líquidos e Gases 
 
Estado Sólido: as moléculas da matéria se encontram muito próximas, sendo assim possuem forma fixa, 
volume fixo e não sofrem compressão. Por exemplo: em um cubo de gelo as moléculas estão muito 
próximas e não se deslocam. 
 
Estado Líquido: as moléculas estão mais afastadas do que no estado sólido e os elementos que se 
encontram nesse estado possuem forma variada, mas volume constante. 
 
Estado Gasoso: a movimentação das moléculas nesse estado é bem maior que no estado líquido ou 
sólido. Se variarmos a pressão exercida sobre um gás podemos aumentar ou diminuir o volume dele, 
sendo assim, pode-se dizer que sofre compressão e expansão facilmente. 
 
Massa Específica; Densidade 
 
 Ao se afirmar que a massa específica da água é de 1000 kg/m³ estamos informando que 1 m³ de 
água possui uma massa de 1000 kg. Isto nos permite deduzir a definição de massa específica, que é a 
relação entre a massa e o volume ocupado por essa massa: 
 
 
 A massa específica é definida para corpos homogêneos. Já para os corpos não homogêneos essa 
relação é denominada densidade: 
 
 
Pressão 
 
A pressão é definida como a aplicação de uma força distribuída sobre uma área: 
 
 
 A unidade de medida da pressão é newton por metro quadrado (N/m²). A pressão pode também 
ser exercida entre dois sólidos. No caso dos fluídos o newton por metro quadrado é também 
denominado pascal (Pa). 
 
Princípio de Pascal 
 
O Princípio de Pascal afirma que: “Um acréscimo de pressão exercido em qualquer ponto de um fluído é 
transmitido para todo o fluído”. Com esse princípio é possível construir e dimensionar macacos 
hidráulicos, prensas hidráulicas, etc. 
 
Como a pressão é igual em todos os pontos do fluído e supondo a área do pistão da direita sendo 5 
vezes maior que o da esquerda tem-se: 
 
 
 
Dessa maneira uma força F_1 será, no exemplo, amplificada (F_2 ) cinco vezes. Esse seria a versão 
hidráulica da alavanca mecânica concebida por Arquimedes. 
 
 
Princípio de Arquimedes 
 
Deve-se também a Arquimedes a definição da força de Empuxo gerada por um corpo imerso em um 
fluído. “A força de empuxo de um corpo imerso em um fluído é igual ao peso do fluído deslocado”. 
 
Sendo E = . . g 
 
PA= peso aparente 
P = peso real 
=Empuxo (N) 
=Densidade do fluido (kg/m³) 
=Volume do fluido deslocado (m³) 
g=Aceleração da gravidade (m/s²) 
 
 
Se o empuxo for maior que a força peso do corpo, a tendência do corpo é de subir com aceleração. No 
caso de o peso ser menor que o empuxo, a tendência é de o corpo descer com aceleração. No caso do 
empuxo ser igual à força peso o corpo terá a tendência de permanecer parado. 
Hidrodinâmica 
A hidrodinâmica fundamenta-se em dois princípios e é o ramo que estuda os líquidos quando em 
movimento. 
Vazão 
 Consideremos um fluido em movimento em um cano cilíndrico com velocidade constante v. 
 
 Num intervalo de tempo Dt, passa um volume V do fluido por uma seção reta S do cano. A 
vazão do fluido nesse cano é definida por: 
 
Viscosidade 
Fluidos reais, como o ar, água, óleo, sangue, shampoo, não obedecem perfeitamente a equação de 
Bernoulli. Situações reais, como o efeito da tensão superficial, e da viscosidade, não podem ser descritos 
com a equação de Bernoulli. 
A viscosidade de um fluido é basicamente uma medida de quanto ela gruda. A água é um fluido com 
pequena viscosidade. Coisas como shampoo ou xaropes possuem densidades maiores. A viscosidade 
também depende da temperatura. O óleo de um motor, por exemplo, é muito menos viscoso a 
temperaturas mais altas do que quando o motor está frio. 
teorema de Torricelli 
O teorema de Torricelli é uma aplicação do princípio de Bernoulli e estuda o fluxo de um líquido contido 
em um recipiente, através de um pequeno orifício, sob a ação da gravidade. 
Através do teorema de Torricelli é possível calcular a velocidade de saída de um líquido quando 
conhecida a altura do recipiente em que ele é confinado: 
v2 = 2gh 
Lei dos Gases 
O gás tem como característica principal ocupar totalmente o volume do recipiente que o hospeda, 
independentemente de sua quantidade. 
Lei Boyle-Mariotte 
Diz que a temperatura de uma amostra de gás permanece constante e sua variação de volume é 
inversamente proporcional a sua variação da pressão. 
Lei de Charles e Gay-Lussac 
Se a pressão da amostra do gás for mantida constante, sua temperatura e volume são diretamente 
proporcionais. 
 
Capacidade e condutividade térmica 
 A condutividade térmica é uma característica específica de cada material, e depende fortemente 
da temperatura e da pureza do material (especialmente sob baixas temperaturas). Em geral, os 
materiais tornam-se mais condutores de calor com o aumento da temperatura. A condutividade térmica 
equivale a quantidade de calor Q transmitida através de uma espessura L, numa direção normal a 
superfície de área A, devido a uma variação de temperatura ΔT quando a transferência de calor se deve 
apenas a variação de temperatura. O inverso da condutividade térmica é a resistividade térmica. 
Temperatura e Calor 
Calor é a transferência de energia térmica entre corpos com temperaturas diferentes. 
Temperatura é a grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo ou sistema. 
Dilatação térmica é o aumento do volume de uma material provocado pelo aquecimento. 
Contração térmica é a redução do comprimento de um material quando sua temperatura diminui. 
As escalas termométricas são definidas como mecanismos utilizados para medir a temperatura dos 
corpos. Talvez a escala Celsius lhe seja a única familiar, uma vez que é a mais popular. As escalas Kelvin e 
Fahrenheit são mais usadas no mundo científico. 
O interessante seria fazer uma comparação: repare que o ponto de fusão se difere nas três escalas: 
Celsius (0°C), Fahrenheit (32°F) e Kelvin (273K). Observe que o mesmo ocorre com o ponto de ebulição: 
Celsius (100°C), Fahrenheit (212°F) e Kelvin (373K). 
Formulas: 
Celsius para Kelvin 
K = C + 273 
Celsius para Fahrenheit 
C / 5 = (F - 32) / 9 
Kelvin para Fahrenheit 
(K - 273) / 5 = (F - 32) / 9 
Calorimetria 
A equação geral da calorimetria é determinada pela seguinte equação matemática: 
Q = m . c . ΔT 
c: é o calor específico do material; 
ΔT: é a variação da temperatura do corpo; 
Q: é a quantidade de calor, que tem como unidade o joule (J). 
 
Transferência de Calor 
O calor pode propagar-se de um corpo para outro de três formas: condução, convecção e irradiação. 
 Condução: é a transferência de energia que ocorre de molécula a molécula em razão da agitação delas, 
quando submetidas a um aumento de temperatura. 
 Convecção: é o processo de transferência de calor que ocorre em razão dos fluidos, em face das 
diferenças de densidade entre as partes que constituem o sistema. 
 Irradiação: é o tipo de transmissão de energia que ocorre entre dois sistemas sem que haja contato 
físico entre eles. Essa transmissão ocorre por meio de ondas eletromagnéticas, como os raios solares 
que aquecem a Terra todos os dias. 
 
Lei da Termodinâmica 
Primeira Lei da Termodinâmica: essa lei diz que a variação da energia interna de um sistema pode ser 
expressa através da diferença entre o calor trocado com o meio externo e o trabalho realizado por ele 
durante uma determinada transformação. 
 
As transformações que são estudadas na primeira lei da termodinâmica são: 
Transformação isobárica: ocorre à pressão constante, podendo variar somente o volume e a 
temperatura; 
Transformação isotérmica: ocorre à temperatura constante, variando somente as grandezas de pressão 
e volume; 
Transformação isocórica ou isovolumétrica:ocorre à volume constante, variando somente as grandezas 
de pressão e temperatura; 
Transformação adiabática: é a transformação gasosa na qual o gás não troca calor com o meio externo, 
seja porque ele está termicamente isolado ou porque o processo ocorre de forma tão rápida que o calor 
trocado é desprezível. 
 
- Segunda Lei da Termodinâmica: enunciada pelo físico francês Sadi Carnot, essa lei faz restrições para 
as transformações realizadas pelas máquinas térmicas como, por exemplo, o motor de uma geladeira. 
Seu enunciado, segundo Carnot, diz que: 
Para que um sistema realize conversões de calor em trabalho, ele deve realizar ciclos entre uma fonte 
quente e fria, isso de forma contínua. A cada ciclo é retirada uma quantidade de calor da fonte quente, 
que é parcialmente convertida em trabalho e a quantidade de calor restante é rejeitada para a fonte 
fria.