Grandezas Físicas - Pressão

A pressão (símbolo: p) é a força exercida por unidade de área. Formalmente, p = F / A. A unidade no SI para medir a pressão é o pascal (Pa), equivalente a uma força de 1 newton por uma área de 1 metro quadrado. A pressão exercida pela atmosfera ao nível do mar corresponde a 101 325 Pa, e esse valor é normalmente associado a uma unidade chamada atmosfera padrão. 

O termo pressão é utilizado em diversos ramos da ciência como uma grandeza escalar que mede a ação de uma ou mais forças sobre um determinado espaço, podendo este ser líquido, gasoso ou mesmo sólido. 

A Pressão é uma força exercida perpendicularmente sobre uma superfície por unidade de área: 

• P = F / A. Onde: P: pressão (Pa); F: força (N) e  A: área (m²).

A pressão é uma grandeza escalar e se mede-se com manômetros.

• + Força → + Pressão;
• + Área → − Pressão;

Exemplos: Salto agulha (+ pressão), raquetes de neve e esteiras de tanque (− pressão).

Instrumentos de medir pressão:

• Manômetro: mede pressão de fluidos.
• Barômetro: mede pressão atmosférica.

Princípio de Pascal

A variação de pressão em um fluido incompressível e em repouso transmite se integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes.

• P1 = P2 ; Logo: F1 / A1 = F2 / A2

Aplicações Práticas: Prensas e freios hidráulicos; Macacos hidráulicos; Elevadores automotivos e Maquinário industrial pesado.

A pressão é uma propriedade intrínseca a qualquer sistema, e pode ser favorável ou desfavorável para o homem: a pressão que um gás ou vapor exerce sobre a pá de uma hélice, por exemplo, pode ser convertida em trabalho.

Por outro lado, a pressão da água nas profundezas do oceano é um dos grandes desafios para os pesquisadores que buscam novas fontes de recursos naturais.

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Física Aplicada - Aula 14.3 - Teorema de Pascal

O Teorema de Pascal é uma lei da Mecânica dos Fluidos que afirma que a pressão aplicada sobre um fluido em equilíbrio estático é distribuída igualmente e sem perdas para todas as suas partes, inclusive para as paredes do recipiente em que está contido. Esse princípio foi enunciado pelo cientista francês Blaise Pascal.

Diferença de pressão: A diferença de pressão entre dois pontos quaisquer de um fluido em equilíbrio estático deve ser igual.
Pressão é definida pela razão entre a força aplicada e a área da aplicação. Essa grandeza física é medida em pascal (Pa). De acordo com o princípio de Pascal, ao aplicar-se uma força sobre um sistema hidráulico, como em um conjunto de pistões, o aumento de pressão sobre o pistão será exercido de maneira uniforme em todos os pontos do fluido.

Além disso, se o fluido estiver em contato com outro pistão de área 50 vezes maior, a força exercida sobre ele será 50 vezes maior do que aquela exercida sobre o primeiro pistão. Dessa forma, o aumento de pressão em cada um dos pistões será igual.

Na figura ao lado, há dois pistões conectados por um fluido incompressível em equilíbrio estático.

Observe: De acordo com o teorema de Pascal, o aumento de pressão exercido sobre o primeiro pistão é comunicado uniformemente por todo o fluido.
Ao aplicar-se uma força F1 sobre o pistão 1 de área A1, um aumento de pressão é comunicado por todo o fluido. Dessa forma, como a área A2 do pistão 2 é maior que a área do pistão 1, a força exercida sobre o pistão 2 deverá ser proporcionalmente maior em relação às suas áreas. Portanto, o princípio de Pascal pode ser escrito por meio da seguinte equação: F2/F1 = A2/A1 => Fórmula do princípio de Pascal.

Ao lado, temos uma figura que mostra o efeito do princípio de Pascal: ao comprimir-se o êmbolo da seringa, o fluido contido dentro da bexiga furada fica sujeito ao aumento de pressão de forma homogênea: Aplicação do princípio de Pascal

A pressão aplicada pelo êmbolo é transmitida de forma igual a todas as partes do fluido.
É importante saber também que a força exercida sobre o recipiente é sempre perpendicular à sua superfície. Por essa razão, na imagem acima, a água é expelida com ângulo de 90º em relação à curvatura da bexiga.

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Física Aplicada - Aula 14.2 - Teorema de Stevin

 Fig. 1  - Ilustração de pressão
exercida na água.

O teorema de Stevin, desenvolvido por Simon Stevin (1548–1620), trata da diferença de pressão entre pontos de um líquido em diferentes alturas. Sua principal aplicação se dá em relação aos vasos comunicantes, recipiente formado por diversas ramificações que interagem entre si. 

O Teorema de Stevin é a Lei Fundamental da Hidrostática, a qual relaciona a variação das pressões atmosféricas e dos líquidos.

Diferença de pressão sofrida por uma bolha causada pela sua variação de altura.

O enunciado da lei de Stevin diz o seguinte: “A diferença de pressão entre os dois pontos de um líquido homogêneo em equilíbrio é constante, dependendo apenas do desnível entre esses pontos.”

Seu cálculo se dá por meio da fórmula: 

• P = ρ . g . h; onde:  P  é a pressão manométrica, medida em Pascal, ρ – massa específica (kg/m³), g – aceleração da gravidade (m/s²) e h – altura do fluido em relação à superfície (m).

O princípio dos vasos comunicantes é um dos resultados obtidos a partir da lei de Stevin que diz que se há um reservatório formado por duas ou mais ramificações conectadas entre si, o líquido contido, desde que seja de mesma densidade, subirá em todas na mesma altura e conterá a mesma pressão sobre cada uma delas.

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Física Aplicada - Aula 14.1 - Teorema de Arquimedes

O teorema de Arquimedes diz respeito ao empuxo, descoberto por Arquimedes (287 a.C.–212 a.C.), que é uma força hidrostática atuante em corpos submersos em fluidos total ou parcialmente. De acordo com o historiador Vitrúvio (80 a.C–15 a.C.), o rei de Siracusa Herão acreditava ter sido enganado quanto ao material da sua coroa e pediu a Arquimedes para investigar, conforme identifica-se no trecho abaixo, retirado do livro Curso de Física Básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor: “Enquanto Arquimedes pensava sobre o problema, chegou por acaso ao banheiro público e lá, sentado na banheira, notou que a quantidade de água que transbordava era igual à porção imersa de seu corpo. Isso lhe sugeriu um método de resolver o problema, e sem demora saltou alegremente da banheria e, correndo nu para casa, gritava bem alto que tinha achado o que procurava. Pois, enquanto corria, gritava repetidamente em grego ‘Eureka! Eureka!’ (‘Achei! Achei!’).”

O enunciado geral do princípio de Arquimedes diz o seguinte: “Um corpo total ou parcialmente imerso em um fluido recebe dele um empuxo igual e contrário à força peso da porção de fluido deslocada, aplicado no centro de gravidade dessa porção.”

Esquema compara peso e
empuxo para diferentes objetos

O empuxo possui direção vertical, sentido para cima, contrário à força peso, e sua intensidade é calculada por meio da fórmula: 

• E = V.ρ.g ; onde: E é a força de empuxo, medida em Newton; V é o volume do fluido deslocado, medido em m³, ρ é a densidade do fluido, medida em (kg/m³) e g é aceleração da gravidade (m/s²).

Esquema compara peso e empuxo para diferentes objetos

Podemos comparar a força de empuxo com a força peso:

• Se a força empuxo ( E ) for maior que a força peso ( P ), o corpo flutua.
• Se a força empuxo ( E ) for igual a força peso ( P ), o corpo não sobe nem desce; permanece no mesmo lugar.
• Se a força empuxo ( E ) for menor que a força peso ( P ), o corpo afunda.

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Física Aplicada - Aula 14 - Mecânica dos fluidos

Fluidos são substâncias líquidas ou gasosas que têm a propriedade de se deformarem facilmente quando submetidas à tensão de cisalhamento, causada pela aplicação de uma força paralela ao movimento do fluido em uma superfície. Por menor que seja, ela consegue provocar o escoamento do líquido.

O líquido possui volume definido, mas sua forma varia de acordo com o recipiente em que foi inserido. Já o gás não possui volume definido e pode expandir enquanto houver espaço. Ambos são tratados como fluidos por conseguirem se deformar sem grandes dificuldades.

Massa específica e os fluidos

Fig. 01 - Diagrama mostra diferentes
densidades dos líquidos

Massa específica, ou densidade, é uma grandeza física que mede a capacidade de um fluido ou sólido flutuar ou afundar em outros fluidos dependendo da sua distribuição de massa e volume. Comumente, se ouve que quanto mais massa um corpo tiver, mais irá afundar, mas nem sempre isso ocorre.

Isso pode ser percebido no fato de um sólido como o isopor flutuar na água, já o ferro afundar, por causa das suas densidades. O mesmo ocorre com os líquidos, que quando combinados podem se manter em diferentes fases, devido à sua alta ou baixa densidade, conforme a imagem a seguir.

O símbolo para a densidade é ρ (a letra grega ró) e a unidade SI é quilograma por metro cúbico (kg/m³).

Podemos calcular a massa específica por meio da fórmula: 

• ρ = m / V ; onde: ρ é a densidade, medida  (kg/m³); m é a massa, medida em (kg) quilogramas e V é o volume, medido em m³.

Pressão e os fluidos

Pressão é uma grandeza física que ocorre quando aplicamos uma força sobre uma superfície plana. Quanto mais fundo nadamos ou quanto mais alto estamos, maior será a pressão sentida.

Ilustração mostra pressão
aplicada por tijolo sobre esponja.

A pressão é proporcional à força, ou seja, quanto maior a força, maior será a pressão.

Conseguimos calcular a pressão por meio da fórmula:

• P = F / A; onde: P é a pressão, medida em Pascal, F é a força, medida em Newton e A  é a área da superfície, medida em m² .

Importante: Conversões da unidade de medida de pressão:

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