Estática dos fluidos

Um estudo sobre as principais propriedades dos fluidos quando estão em situação estática.Premium

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Aulas de Estática dos fluidos

Introdução - Teoria

Definições de fluido, escoamento, viscosidade, compressibilidade e expansibilidade.

TRANSCRIÇÃO

Fala aí, galera. Esse é o estudo introdutório à disciplina Mecânica dos Fluidos.
Uma disciplina muito importante, pois o estudo de propriedades dos fluidos entende como podemos utilizá-los da melhor forma no nosso cotidiano. Para começar, eu quero definir o que é um fluido, para que fique bem claro na nossa cabeça.
Então, primeiro, nós vamos esclarecer a diferença entre fluidos e sólidos. A diferença mais notável é quanto a sua configuração molecular.
Nos sólidos, o arranjo molecular é bem denso, e a interação molecular é forte, como nós podemos ver neste exemplo. Já nos fluidos, a interação molecular é menor, o que acarreta uma densidade também menor, com espaçamento maior entre suas moléculas.
Sendo assim, a gente pode subdividir os fluidos em dois outros tipos Líquidos e gasosos, que, comparados entre si, observamos nos gasosos menos interação molecular e uma densidade menor. Porém, para a engenharia, a gente precisa de uma definição mais específica para os fluidos.
Identificamos uma característica mais particular que classifica esse tipo de substância estudando seu escoamento, que é a mudança de forma do fluido quando sofre a ação de uma força. Por exemplo, imaginemos aqui um sólido.
Consideramos agora a ação de uma pequena força na superfície superior. Nós iremos observar que o sólido se deformará até chegar ao limite, considerando que essa força não ultrapasse seu limite elástico, e, cessada a força, o sólido retornará à sua posição inicial.
Agora, imaginemos aqui um fluido nas mesmas condições que o sólido, também sendo acuado por uma força na superfície superior. Nesse caso, nós iremos observar que o fluido se deformará, ou melhor, escoará, não resistindo à força como o sólido.
Essa força será chamada de força tangencial, porque gera esforços na área tangencial do corpo, através da sua posição tangencial a ela. No escoamento do fluido, podemos observar esse tipo de esforço pelas linhas de cisalhamento na estrutura do fluido, provocadas pela força tangencial.
O cisalhamento é o deslocamento de um corpo que se dá em planos diferentes. Isso acontece nos fluidos, porque, no seu interior, as moléculas mais próximas à superfície movida acompanham o movimento, enquanto que as mais afastadas oferecem maior resistência ao escoamento.
Esse fato é chamado de viscosidade, uma propriedade importante que se mantém constante nos fluidos newtonianos, não variando com qualquer taxa de cisalhamento. Sendo assim, podemos definir os fluidos como substâncias que escoam constantemente sob a ação de uma força tangencial ao seu movimento, definição que abrange líquidos e gases.
Esses dois tipos de fluidos possuem propriedades bem diferentes que os definem entre si. Por exemplo, em um ambiente fechado que só contém líquido, eles tomam a forma do seu recipiente, porém deixam um espaço vazio caso não haja volume suficiente para encher todo o recipiente, deixando assim um vácuo.
Já os gases se espalham por todo o espaço, não deixando nenhum vácuo, como nós conseguimos observar nesse desenho. Essa propriedade chama-se expansibilidade.
Outra propriedade importante que divide os fluidos entre líquidos e gasosos é a compressibilidade. Para líquidos, quando há ação de um êmbolo, como neste exemplo, há uma resistência à compressão.
Identificamos isso quando percebemos que é quase mínima a diferença de altura do êmbolo. Isso acontece porque os líquidos possuem densidade constante, que, para nós, pode ser escrita como massa sobre volume, em unidades kg/m³.
Sendo assim, os fluidos gasosos possuem boa compressibilidade, e quando recebem a ação de um êmbolo sofrem uma redução de volume, o que aumenta sua densidade e a pressão no interior do recipiente. Então, através do estudo dessas propriedades, a mecânica dos fluidos se faz presente em várias situações do nosso cotidiano.
A seguir vou dar alguns exemplos, como as bolinhas de golfe. Através da mecânica dos fluidos, entendemos por que elas têm essas crateras esféricas em sua superfície, e como essas crateras atuam no deslocamento de ar quando a bolinha é lançada.
Outra aplicação é na concepção de perfis de asas de aviões, avaliando qual é o melhor formato e qual é o melhor ângulo da asa em meio ao fluxo de ar, para favorecer ao máximo o voo da aeronave. Outro exemplo é o estudo do escoamento do nosso sangue através dos vasos capilares do nosso corpo, que possuem medidas de diâmetro na casa do micrometro.
Em um exemplo mais usual, a mecânica dos fluidos nos ajuda a dimensionar uma bomba hidráulica para o circuito residencial, de acordo com o diâmetro da tubulação, a altura em que ela está instalada no reservatório, e a distância e a altura do ponto no qual ela tem que jogar a água, para que ela trabalhe da melhor maneira, utilizando menos energia possível. Então, é isso, pessoal.
Agora, vamos fazer um resumo, para a gente relembrar o que já viu até agora. Então, vamos lá.
Até agora a gente já viu que o fluido é uma substância que escoa constantemente sob a ação de uma força tangencial. Vimos também que viscosidade é a resistência interna do fluido ao fluxo.
Vimos também que compressibilidade é a propriedade do fluido de reduzir de volume ao sofrer pressão externa. Vale ressaltar que a compressibilidade não está aliada somente a essa característica.
Mais para frente, nós veremos outra característica aliada a essa propriedade. Vimos também que a expansibilidade é a propriedade do fluido de ocupar todo o espaço do seu recipiente.
Baseado nessas definições, nós vimos que os líquidos são praticamente incompressíveis, porque possuem densidade constante. Vimos também que os gases são compressíveis e expansíveis.
Então, é isso, galera. Vamos por aqui.
Aguardo vocês na próxima, para a gente continuar o nosso estudo em mecânica dos fluidos. ...

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