Na Física existem vários conceitos responsáveis pelo estudo de propriedades físicas líquidas, gasosas ou sólidas. Sendo assim, a Hidrostática é a parte da Física que estuda as propriedades existentes nos fluidos em repouso.
Neste caso, entende-se como fluidos as substâncias que assumem a forma dos recipientes no qual são postas, após a ação de uma força externa. Assim, as principais propriedades estudadas pela Hidrostática são a densidade, a pressão e a força de empuxo.
Basicamente, a densidade é responsável por medir o quanto de matéria uma substância possui, ou seja, o fluido, em cada espaço. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), o quilogramas por metro cúbico (kg/m³) é a unidade utilizada para medir a densidade de um fluido.
O que é Hidrostática?
Como dito anteriormente, a Hidrostática é o ramo da Física que estuda as propriedades dos fluidos que estão em repouso. Além da densidade, já detalhada acima, temos também a pressão hidrostática e o empuxo.
A pressão hidrostática é a parte que representa a quantidade de força exercida por um fluido em repouso para que possa exercer força sobre uma superfície.
Em outras palavras, a profundidade de um corpo imerso em um fluido depende da pressão exercida sobre ele. Neste caso, a unidade de pressão é o pascal (Pa), o que representa a pressão de 1 newton por metro quadrado (N/m²).
Já o empuxo é a força que os fluidos liberam sobre os corpos que nele estão imersos. Um exemplo bem comum são as bolhas de gás que saem de bebidas gaseificadas.
Além disso, é a mesma força que faz, por exemplo, um navio, um cubo de gelo ou, até mesmo, uma cortiça flutuar sobre a água. O empuxo é representado pelo Teorema de Arquimedes, sendo a unidade de medida o newton.
Propriedades do fluidos
A Hidrostática apresenta conceitos específicos, que determinam as propriedades dos fluidos, ou seja, os líquidos que estão em repouso. Neste caso, esta área da Física possui alguns conceitos principais, como densidade, pressão e empuxo.
Densidade
A densidade é a quantidade de matéria que um fluido possui dentro de um espaço. Em outras palavras, representa a concentração de matéria do fluido dentro de um volume.
Portanto, caso a densidade de um fluido for maior que a densidade de um corpo, então o corpo flutuará na superfície do fluido, como ocorre com um cubo de gelo dentro de um refrigerante, por exemplo.
Agora, caso a densidade de ambos os dois, ou seja, do fluido e da densidade, for igual, então o corpo ficará de forma equilibrada com o fluido. Por outro lado, o corpo afunda se a densidade do corpo atingir um valor maior que a densidade do fluido.
Sendo assim, para calcular a densidade de um fluido, temos que utilizar a seguinte fórmula: d = m/v. Onde, d representa a densidade, m a massa e v é o volume.
Pressão hidrostática
A pressão na hidrostática é caracterizada como a força que os fluidos exercem uns sobre os outros. Um exemplo comum é, ao nadar, sentir a pressão que a água exerce sobre o corpo. Nesse sentido, quanto mais fundo for um mergulho, por exemplo, maior será a pressão hidrostática exercida sobre o corpo.
Para que a pressão hidrostática seja analisada, é preciso observar a densidade do fluido e a aceleração da gravidade, que possuem relação direta com a pressão. Para isso, a pressão na hidrostática é calculada da seguinte maneira: P = d . h . g.
A fórmula representa, portanto, a pressão hidrostática (p), a densidade do líquido (d), a altura do líquido no recipiente (h) e, por fim, a aceleração da gravidade (g). No Sistema Internacional de Unidade, a pressão é medida em Pascal (Pa).
Empuxo
O empuxo, na Hidrostática, é uma força, também chamada de impulsão, que um corpo exerce sobre um fluido que está imerso. Nesse sentido, a força empuxo é o resultado da força que um fluido exerce sobre determinado corpo.
Um exemplo da força empuxo é a força hidrostática que ocorre quando estamos na piscina, por exemplo. Isso porque é possível sentir o corpo mais leve quando imerso em água, seja uma piscina ou no mar.
O empuxo é estudado pelo Teorema de Arquimedes, ou seja, a força exercida por um líquido sobre determinado corpo já era estudada na Antiguidade. Sendo assim, o teorema, ou Lei do Empuxo, diz que se a força hidrostática for maior que a intensidade do peso, o corpo sempre voltará para a superfície.
Por outro lado, se a força empuxo tiver a mesma intensidade que a força pesa, então o corpo permanecerá em equilíbrio, ou seja, não subirá e nem descerá. Por fim, caso a força do empuxo for menor do que a intensidade da força do peso, então o corpo afunda.
A força empuxo, por ser uma grandeza vetorial, possui direção, módulo e sentido. Portanto, para calcular este tipo de força, é utilizada a seguinte fórmula:
E = df . Vfd . g
Onde,
E: força empuxo
df: densidade do fluido
Vfd: volume do fluido
g: aceleração da gravidade
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Fontes: Brasil Escola, Toda Matéria, Guia do Estudante e Educação UOL
