Hidrostática

Equilíbrio hidrostático e forças de pressão

Lei fundamental da hidrostática

Lei de Pascal e Lei de Arquimedes

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Objectivos a atingir pelos alunos

Caracterizar a força de pressão exercida sobre uma superfície colocada no interior de um líquido em equilíbrio.

Definir e aplicar o conceito de pressão num fluido em equilíbrio.

Deduzir e aplicar a lei fundamental da Hidrostática.

Interpretar a experiência de Torricelli e avaliar a sua importância histórica.

Inferir, a partir da lei fundamental da Hidrostática, as leis de Pascal e de Arquimedes.

Aplicar a lei de Arquimedes a situações de equilíbrio e de movimento de corpos num fluido.

Indicar as condições de estabilidade de um corpo flutuante.

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1. Lei Fundamental da Hidrostática

Um fluido é uma substância ou mistura de substâncias que se escoa, ou seja, flui, com maior ou menor facilidade. Consideram-se fluidos os líquidos e os gases.

A viscosidade é o atrito interno de fluido, isto é, a força de atrito entre camadas diferentes do fluido que se movem com velocidades relativas diferentes.

Um fluido encontra-se em equilíbrio hidrostático quando está em repouso relativamente ao recipiente onde está contido, ou seja, quando a sua velocidade de escoamento é nula.

Num fluido em equilíbrio hidrostático as forças que o fluido exerce sobre as paredes do recipiente são perpendiculares a estas.

Forças de pressão são forças perpendiculares à superfície sobre a qual actuam.

Num fluido em equilíbrio hidrostático, as forças de pressão num ponto do seu interior:

A pressão média exercida por um fluido numa superfície é, por definição, igual ao quociente da intensidade da força de pressão pela área da superfície.

Para uma superfície elementar, em que a pressão se possa considerar constante em todos os pontos, define-se pressão num ponto dessa superfície como o limite do quociente anterior, quando a superfície tende para zero.

Num ponto interior de um fluido em equilíbrio hidrostático a pressão é igual em todas as direcções.

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Lei Fundamental da Hidrostática (Lei de Stevin)

Num dado local, o aumento da pressão de um fluido, quando se passa de um ponto para outro, a maior profundidade, no interior do fluido em equilíbrio hidrostático, depende da massa volúmica do fluido e é proporcional ao desnível entre os pontos referidos.

A diferença de pressão entre dois pontos a diferente profundidade, no interior de um líquido em equilíbrio hidrostático, é igual ao valor do peso de uma coluna de líquido, de área de base unitária e com altura igual à diferença de nível entre os dois pontos.

Demonstração

A Lei Fundamental da Hidrostática permite concluir que:

Queres saber porquê?

Um barómetro é um aparelho que permite medir a pressão atmosférica.

Um manómetro é um aparelho que permite medir a pressão.

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2. Lei de Pascal e Lei de Arquimedes

Lei de Pascal

Qualquer variação de pressão exercida sobre um fluido em equilíbrio hidrostático transmite-se integralmente a todos os pontos de fluido e às paredes do recipiente que o contém.

A prensa hidráulica é constituída por um sistema de dois vasos comunicantes, com secções cilíndricas muito diferentes, contendo um líquido, normalmente óleo, e um êmbolo, em cada um dos vasos, assente sobre o líquido. A prensa hidráulica é considerada um dispositivo multiplicador de forças, cujo funcionamento se baseia na Lei de Pascal.

 

Lei de Arquimedes

A impulsão é a força que um líquido exerce verticalmente, de baixo para cima, sobre um corpo que nele esteja total ou parcialmente mergulhado.

Todo o corpo mergulhado total ou parcialmente num fluido recebe, da parte deste, uma impulsão vertical, dirigida de baixo para cima e de intensidade igual ao valor do peso do volume de fluido deslocado pelo corpo.

Um corpo maciço quando mergulhado completamente num líquido:

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Nota: Adaptado dos manuais Física - 12º ano, da Porto Editora, e cujas autoras são Noémia Maciel, Mª Manuela Gradim e Mª José Campante, e Física - 12º ano, da Texto Editora, de Mª Teresa Marques de Sá