Mecânica dos Fluídos

Doutorado em Física (UFJF, 2019)
Mestrado em Física (UFJF, 2015)
Graduado em Bacharelado em Física (UFJF, 2015)
Graduado em Licenciatura em Física (UFJF, 2013)

Não é assustador dizer que estudar fluidos é uma das coisas mais complexas em física. Por exemplo, imagina descrever o movimento da fumaça que sai de uma fogueira ou de uma panela que esteja no fogo? Agora, imagine como um avião consegue se mover no céu? Essas e outras perguntas sobre diversos outros sistemas físicos, complexos ou não, existentes na natureza são estudados através da Mecânica dos Fluídos.

A Mecânica dos Fluidos é uma área da física destinada ao estudo de fluidos em movimento ou em repouso. O estudo da Mecânica dos fluidos é construído com a ajuda de grandezas físicas que descrevem ou são propriedades dos fluidos como por exemplo a viscosidade, volume, tensão superficial, velocidade vetorial e etc. A Mecânica dos fluidos é dividida nas duas seguintes subáreas:

Hidrostática

A hidrostática estuda fluidos que se encontram em equilíbrio estático ou dinâmico.

No equilíbrio estático o fluido está livre de forças atuantes. Em outras palavras, o fluido se encontra em repouso. Já no equilíbrio dinâmico o fluido está sob a ação de uma ou mais forças tal que a força resultante é nula. Isso quer dizer que o fluido se encontra em movimento retilíneo uniforme (MRU).

A Hidrostática ganhou este nome devido aos primeiros estudos relacionados a tal assunto estarem ligados com a água. A Hidrostática é baseada em alguns conceitos como fluido e algumas propriedades e grandezas que o descrevem como por exemplo pressão, densidade entre outros. Além disso, a hidrostática utiliza como pilares os princípios básicos de Pascal, Arquimedes e Stevin.

Princípio de Pascal

O princípio de Pascal diz que o acréscimo de pressão exercida em ponto qualquer dentro de um líquido ideal em equilíbrio se transmite integralmente a todos os pontos contidos no líquido e às paredes do recipiente que o contém. O princípio de Pascal apresenta como principal aplicação a prensa hidráulica presente em diversas máquinas de grande porte como tratores, brocas de perfurar solo, escavadeiras e etc. Além da prensa hidráulica o princípio de Pascal também está presente em freios de automóveis, direção de automóveis, máquinas hidráulicas entre outras.

Princípio de Arquimedes

O teorema de Arquimedes (ou princípio de Arquimedes) diz que todo corpo totalmente imerso ou parcialmente imerso em um líquido qualquer fica sujeito a uma força vertical de baixo para cima, igual ao peso da porção de líquido deslocado pelo corpo. Esta força é denominada força de empuxo. Como exemplo você já se perguntou o porquê de seu peso diminuir quando se encontra dentro de uma piscina? A resposta para esta pergunta é uma aplicação do princípio de Arquimedes.

Princípio de Stevin

O princípio de Stevin enuncia que pontos situados em um mesmo nível dentro de um líquido em equilíbrio estático suportam a mesma pressão. O princípio de Stevin apresenta como principal aplicação os denominados vasos comunicantes.

Hidrodinâmica

A hidrodinâmica estuda fluidos em movimentos mais gerais, com velocidades e acelerações variadas. O estudo da Hidrodinâmica é baseado nos conceitos de vazão, na equação da continuidade e princípio de Bernoulli.

Vazão

A vazão é uma grandeza física que mede a quantidade de fluido que escoa dentro de um determinado tubo de área de seção transversal bem definida.

Equação da continuidade

A equação da continuidade diz que, apesar de um tubo qualquer não possuir a mesma área de seção transversal ao longo de seu comprimento, as vazões durante todo seu comprimento é a mesma.

Princípio de Bernoulli

Para finalizar, o princípio de Bernoulli é análogo ao princípio de Stevin da Hidrostática. Porém, como os fluidos estão em movimento, deve-se considerar um termo adicional, que não é considerado no princípio de Stevin. Este termo contém as velocidades dos fluidos envolvidos. Isso quer dizer que leva o princípio de Bernoulli leva em conta um setor potencial, um setor cinético e um setor potencial gravitacional, O princípio de Bernoulli é um tipo de equação de conservação de energia e apresenta inúmeras aplicações em Mecânica dos Fluidos.

Referências:

BONJORNO, José Roberto; BONJORNO, Regina Azenha; BONJORNO, Valter; CLINTON, Márcico Ramos. Física História & Cotidiano. São Paulo: Editora FTD, 2004, volume único.

HEWITT, Paul G. Física Conceitual. Porto Alegre: Editora: Bookman, 2011, 11ª. ed. v. único.