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Aula5-33: Introdução à mecânica dos fluidos
É chamado fluido o estado físico da matéria (normalmente líquido e gás) em que a substância tem a capacidade de escoar, de fluir.
A massa específica ou densidade da substância é a grandeza que indica a concentração de massa por unidade de área ocupada pela substância. Obtemo-la através da seguinte fórmula:
|
Substância |
μ (g/cm3) |
μ (Kg/m3) |
|---|---|---|
|
Água |
1,00 |
1 000 |
|
Gelo |
0,91 |
910 |
|
Óleo mineral |
0,87 |
870 |
|
Alumínio |
2,70 |
2 700 |
|
Chumbo |
11,30 |
11 300 |
|
Espaço interestelar |
10-23 |
10-20 |
A densidade do corpo é a grandeza que indica a concentração de massa por unidade de área ocupada pela substância e pelos vazios que compõe um objeto qualquer. A densidade diferencia-se da massa específica porque leva-se em consideração, neste caso, os vazios que compõe o corpo estudado. Obtemo-la através da seguinte fórmula:
Embora semelhantes, conforme vimos, densidade e massa específica são coisas diferentes; entretanto, a unidade de medida, segundo o SI, para estas grandezas é a mesma:
Pressão é a grandeza física que indica a concentração de forças que atuam sob uma determinada área. Podemos obtê-la através da fórmula a seguir:
A unidade de medida de pressão reconhecida pelo SI é:
Há, entretanto, outras unidades de medidas de uso recorrente; entre elas, destacam-se o atm (atmosfera) e o mmGh (milímetros de mercúrio). Elas correlacionam-se assim:
“Vivemos ao fundo de um oceano de ar que, como mostra a experiência, certamente possui peso”.
– Evangelista Torricelli.
A frase acima, do físico e matemático italiano Evangelista Torricelli (★ 1608 — 1647 ✝), expressa bem a natureza disto que chamamod pressão atmosférica. Pois trata-se da pressão decorrente da força peso proveniente das camadas de gases que envolvem o planeta.
Ou seja, ao avaliarmos uma área na superfície do planeta terra, haverá agindo ali uma força, que é a força peso da coluna de gás que se estende do solo até a exosfera.
Decorre disto que a pressão atmosférica dependerá do ponto em que ela é media, pois em quanto mais elevada altitude estiver o local de medição, menor será o comprimento desta coluna e mais rarefeitos serão os gases que a compõe. Ou seja, a pressão atmosférica é inversamente proporcional a altitude do local de aferição. Veja uma tabela com valores para alguns lugares:
|
Localidade |
Altitude (m) |
Pressão (atm) |
|---|---|---|
|
Mar |
0 |
1,00 |
|
Uberlândia |
866 |
0,92 |
|
La ricondada (Peru) |
5 000 |
0,54 |
|
Monte everest (Nepal) |
8 850 |
0,31 |
A pressão atmosférica cai exponencialmente à medida que a altitude aumenta. Na imagem ao lado, temos em gráfico representados com valores aproximados os valores para o topo do monte Everest e para o voo de cruzeiro do boing 747.
➔ EXPERIMENTO DE TORRICELLI
Para medir e, também — demonstrar? — a pressão atmosférica, Evangelista Torricelli propôs, no ano de 1646, o seguinte experimento:
Há, primeiramente, uma bacia contendo mercúrio. Em seguida, um tubo de ensaio repleto deste elemento é virado dentro do recipiente, como é indicado na figura abaixo. Percebe-se, então, que parte do mercúrio escorre do tubo de ensaio de modo que o tubo fique por ele preenchido até os 760 mm.
Explicação: A pressão atmosférica exerce influência sobre o mercúrio dentro da bacia, empurrando-o para baixo, mantendo-o dentro da bacia. Com efeito, a pressão que a coluna de mercúrio de 760 mm exerce sobre o mercúrio concentrado dentro do receptáculo é a mesma pressão exercida pela atmosfera terrestre (Na próxima aula, obteremos o rudimento científico que nos permitirá melhor entender a extração desta correlação, refiro-me ao teorema de Stevin).
Obs.: Se realizarmos este experimento usando água em vez de mercúrio, veremos que a coluna de aguá necessária para equilibrar a pressão atmosférica medi 10 m de altura.
Segue-se, portanto, deste experimento a correlação entre as unidades de medida mais convencionais para medir-se a pressão atmosférica:
1 atm = 760 mmHg.
Ao refletir sobre a causa da subida e do equilíbrio do mercúrio em tubos fechados, Blaise Pascal (★ 1623 — 1662 ✝) foi informado da opinião de Torricelli, que não hesitou em atribuir esse fenômeno à pressão do ar. A aceitação de que o ar possuísse gravidade dividiu a comunidade científica de então. Foi neste contexto que Pascal, ajudado por seu cunhado Florin Périer, idealizou e executou um experimento que liquidou a questão.
Pascal pensava que, para liquidar de vez o problema, bastaria observar a altura do mercúrio no tubo de Torricelli ao pé e no cume de uma montanha. Se a altura da coluna de mercúrio fosse menor no topo do que na base da montanha, a pressão do ar seria positivamente demonstrada.
O monte escolhido foi o Puy-de-Dôme, com 1467 metros de altura. No dia 19 de setembro de 1648 o experimento foi realizado, e a tese de Torricelli foi confirmada.
Em 1654, na cidade de Magdeburgo, Alemanha, Otto Von Guericke (★ 1602 — 1686 ✝) serviu-se de uma de suas invenções, a bomba de vácuo, para remover ar do interior de uma esfera formada a partir da conjunção de dois hemisférios. Uma vez removido ar, foram removidas as hastes que mantinhas as calotas unidas, e, a partir deste momento, nada mais prendia os dois hemisférios a não ser a então existente diferença de pressão entre o meio interno e externo à esfera. Visando separar os hemisférios, prendeu dois times de oito cavalos cada em cada um deles. Os cavalos tiveram muita dificuldade em apartá-los novamente.
Movimento retilíneo uniformemente variado (MRUV)
