Hidrostática

Cartões · 52

Massa específica (ρ)

Razão entre a massa de uma substância pura e o volume ocupado por ela: ρ = m / V.

Densidade absoluta (d)

Razão entre a massa total de um corpo qualquer e o seu volume total exterior: d = m / V.

Diferença entre massa específica e densidade

A massa específica refere-se à substância homogênea; a densidade considera o corpo inteiro, incluindo partes ocas ou misturas.

Unidade de densidade no SI

Quilograma por metro cúbico (kg/m³).

Conversão: g/cm³ para kg/m³

1 g/cm³ equivale exatamente a 1000 kg/m³.

Densidade relativa

Razão adimensional entre a densidade de um material e a densidade de uma substância padrão, comumente a água a 4 °C.

Pressão (p)

Razão entre o módulo da força perpendicular exercida sobre uma superfície e a área dessa superfície: p = F / A.

Unidade de pressão no SI

Pascal (Pa), correspondente a um newton por metro quadrado (1 N/m²).

1 atmosfera (1 atm) em pascals

1 atm é aproximadamente igual a 101.325 Pa (frequentemente aproximado para 1,01 x 10⁵ Pa ou 10⁵ Pa).

1 bar em pascals

1 bar equivale exatamente a 10⁵ Pa (100.000 N/m²).

Pressão hidrostática

Pressão exercida exclusivamente pelo peso de uma coluna estática de fluido sobre uma superfície imersa.

Fórmula da pressão hidrostática

p = ρ · g · h, onde ρ é a massa específica do fluido, g é a gravidade local e h é a profundidade.

Teorema de Stevin

A diferença de pressão entre dois pontos de um mesmo líquido homogêneo em equilíbrio é Δp = ρ · g · Δh.

Pressão absoluta (ou total)

Soma da pressão atmosférica sobre a superfície livre do fluido com a pressão hidrostática: p_total = p_atm + ρ · g · h.

Pressão manométrica (ou efetiva)

Diferença entre a pressão absoluta medida em um sistema e a pressão atmosférica local: p_man = p_abs - p_atm.

Superfície isobárica

Superfície imaginária em um fluido estático onde todos os pontos apresentam rigorosamente o mesmo valor de pressão.

Vasos comunicantes

Recipientes interligados pela base; para um mesmo líquido homogêneo em equilíbrio, a superfície livre atinge a mesma altura.

Líquidos imiscíveis em tubo em U

A relação das alturas a partir do nível de separação satisfaz a igualdade: ρ₁ · h₁ = ρ₂ · h₂.

Paradoxo hidrostático

A força no fundo de um vaso depende somente da área da base e da profundidade, não do volume total nem da forma do vaso.

Princípio de Pascal

O acréscimo de pressão aplicado a um ponto de um fluido incompressível em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos.

Prensa hidráulica (Fórmula de forças e áreas)

F₁ / A₁ = F₂ / A₂, indicando que a força é multiplicada proporcionalmente à razão das áreas dos êmbolos.

Conservação de volume na prensa hidráulica

A₁ · d₁ = A₂ · d₂, onde d representa o deslocamento linear executado por cada um dos êmbolos.

Relação força-deslocamento na prensa hidráulica

F₁ · d₁ = F₂ · d₂, garantindo a conservação do trabalho mecânico realizado no sistema ideal.

Princípio de Arquimedes

Todo corpo imerso total ou parcialmente em um fluido sofre empuxo vertical para cima igual ao peso do fluido deslocado.

Fórmula do empuxo (E)

E = ρ_fluido · V_deslocado · g, onde V_deslocado é o volume da porção submersa do corpo.

Ponto de aplicação do empuxo

O empuxo atua no centro de empuxo (ou centro de carena), que é o centro de gravidade do fluido deslocado.

Peso aparente (P_ap)

Força resultante medida para um corpo totalmente submerso: P_ap = P_real - E.

Condição de flutuação de um corpo

O corpo flutua em equilíbrio estável na superfície quando seu peso total for rigorosamente equilibrado pelo empuxo: P = E.

Fração submersa de um corpo em flutuação

A razão entre o volume submerso e o volume total é igual à razão das densidades: V_sub / V_total = d_corpo / ρ_fluido.

Condição para um corpo afundar

O corpo afunda acelerado até o fundo se a sua densidade média for maior do que a massa específica do fluido (d_corpo > ρ_fluido).

Condição para um corpo ficar em equilíbrio indiferente submerso

O corpo permanece estático em qualquer ponto no interior do fluido quando d_corpo = ρ_fluido.

Experiência de Torricelli

Experimento que mediu pela primeira vez a pressão atmosférica equilibrando-a com uma coluna de mercúrio de 76 cm ao nível do mar.

Valor de 760 mmHg em atmosferas

760 mmHg corresponde exatamente a 1 atm ao nível do mar a 0 °C.

Barômetro de mercúrio

Instrumento hidrostático utilizado para medir diretamente o valor local da pressão atmosférica ambiente.

Manômetro de coluna de líquido aberto

Dispositivo em U onde a pressão manométrica de um gás equilibra a pressão exercida pelo desnível líquido: p_gás = p_atm + ρgh.

Fluido incompressível

Fluido cujo volume ou massa específica permanece constante sob variações de pressão estática.

Tensão superficial (γ)

Propriedade elástica da superfície livre dos líquidos provocada pelo desbalanceamento das forças de coesão molecular.

Fórmula da força de tensão superficial

F = γ · L, onde γ é o coeficiente de tensão superficial e L é o comprimento do contorno de contato.

Capilaridade

Fenômeno de subida ou descida de líquidos em tubos delgados devido ao balanço entre forças de adesão e coesão.

Lei de Jurin

Determina a altura h atingida por um líquido num tubo capilar: h = (2 · γ · cos θ) / (ρ · g · r).

Ângulo de contato (θ)

Ângulo entre a tangente à superfície do líquido e a parede do recipiente; define se o fluido molha (θ < 90°) ou não (θ > 90°).

Pressão de Laplace numa gota esférica

Diferença de pressão interna e externa decorrente da curvatura superficial: Δp = 2γ / R.

Pressão de Laplace numa bolha de sabão

Como possui duas interfaces ar-líquido, o salto de pressão é o dobro do de uma gota: Δp = 4γ / R.

Variação da pressão atmosférica com a altitude

A pressão atmosférica diminui de maneira aproximadamente exponencial à medida que a altitude em relação ao mar aumenta.

Centro de gravidade vs. Centro de empuxo

O CG é o ponto de aplicação do peso do corpo inteiro; o CE é o centro geométrico do volume do fluido deslocado.

Estabilidade de embarcações (Metacentro)

Uma embarcação é estavelmente equilibrada quando o metacentro situa-se acima do centro de gravidade do corpo flutuante.

Pressão de fundo em tanques abertos

Calculada pela soma direta: p_fundo = p_atm + ρ · g · H, onde H é a profundidade total do líquido contido.

Força hidrostática sobre uma parede plana vertical

Igual ao produto da pressão no centroide da área molhada pela área total: F = p_centroide · A = ρ · g · (h/2) · A.

Centro de pressão

Ponto de aplicação da força de pressão resultante sobre uma parede submersa, sempre situado abaixo do centroide da área.

Empuxo em líquidos estratificados (em camadas)

O empuxo total é a soma dos empuxos parcelados de cada camada: E = Σ (ρ_i · V_sub_i · g).

Densidade da água líquida pura a 4 °C

Aproximadamente 1000 kg/m³ ou 1,0 g/cm³, sendo este o seu valor máximo de massa específica sob 1 atm.

Comportamento anômalo da água

Entre 0 °C e 4 °C a água sofre contração volumétrica com o aumento de temperatura, tornando o gelo menos denso que a água líquida.