Hidrostática

A hidrostática é o ramo da Física que estuda os fluidos em repouso. Dentre seus fenômenos estão a densidade, a pressão hidrostática e o empuxo.

Hidrostática é o ramo da física que estuda os fluidos que estão em repouso. Dessa maneira, a hidrostática engloba conceitos como a densidade, a pressão, o empuxo e o peso aparente.

O que é hidrostática

Hidrostática é a área da Física que estuda os fluidos que estão em repouso. Isso significa que esse ramo da Física se encarrega de estudar certas características dos líquidos e dos gases. Dentre essas características, as principais são: a densidade, a pressão e o empuxo.

Independente da forma do recipiente, a pressão será igual. Wikimedia

Como o estudo da hidrostática envolve os fluídos, é importante delimitar o que é um fluido. Assim, um fluido é toda substância que adquire a forma do recipiente no qual se encontra. Além disso, um fluido pode mudar sua forma a partir de uma pressão externa.

Densidade

A densidade relaciona a massa e o volume ocupado pelo corpo. Todo corpo possui massa e volume. Dessa maneira, para corpos de mesma massa, quanto menor for o volume, mais denso o material será.

Os objetos que flutuam são menos densos que o fluido. O objeto submerso é mais denso. Fonte: Anton Paar

A densidade de um corpo é a razão de sua massa pelo volume que ele ocupa.

Fórmula da densidade

  • d: densidade (kg/m3)
  • m: massa (kg)
  • V: volume (m3)

Note que o volume e a densidade são inversamente proporcionais. Além disso, a massa e a densidade são diretamente proporcionais. Com isso, se o volume aumenta, a densidade diminui. Logo, se a massa aumenta, a densidade também aumenta.

Caracterizar os corpos por meio de sua densidade é importante para nosso cotidiano. Por exemplo, a partir disso é possível entender o porquê alguns corpos flutuam na água, enquanto outros corpos afundam. Isso acontece devido à densidade.

Pressão hidrostática

A pressão hidrostática relaciona a força por unidade de área que atua sobre um corpo, o qual está imerso em um fluido. A pressão hidrostática depende da aceleração gravitacional, da densidade do fluido e da profundidade que o corpo se encontra.

Pressão hidrostática. Fonte:Wikimedia

Quanto mais profundo o corpo estiver, maior será a pressão hidrostática exercida sobre ele. Por conta disso, os submarinos possuem formas cilíndricas e construções reforçadas.

Fórmula da pressão hidrostática

  • ΔP: variação da pressão (N/m2 ou Pa).
  • Δh: variação da profundidade (m)
  • d: densidade (kg/m3)
  • g: aceleração da gravidade (m/s2)

A partir dessa equação é possível tirar algumas conclusões. Dessa forma, dois pontos que estão à mesma altura, têm a mesma pressão. Além disso, a pressão aumenta com a profundidade. Por fim, um fluido em equilíbrio possui uma superfície horizontal.

Esse princípio da hidrostática também é aplicado na construção de edifícios. Os encanamentos são planejados para que a pressão nos andares mais baixos não seja muito grande.

Empuxo

Quando um corpo é inserido em um fluido, ele ocupará um espaço anteriormente preenchido pelo próprio fluido. Dessa forma, o fluido exerce uma força direcionada para superfície de módulo igual ao peso do fluido que foi deslocado.. Essa força é o empuxo.

Empuxo sobre um corpo. Fonte: Wikimedia

O empuxo exercido por um fluido não depende do peso do corpo nem de sua densidade. Porém, essa grandeza depende da densidade do próprio fluido, da aceleração da gravidade e do volume de fluido deslocado.

Fórmula do empuxo

  • E: empuxo (N)
  • d: densidade (kg/m3)
  • g: aceleração da gravidade (m/s2)
  • V: volume (m3)

Dessa equação podemos tirar certas conclusões. Isso implica que se o corpo for mais denso que o fluido, ele tenderá a flutuar. Além disso, se a densidade for próxima à densidade do fluido, a tendência é permanecer em equilíbrio. Se o corpo tiver densidade menor que o fluido, ele terá a tendência a flutuar.

Peso aparente

O peso aparente é a resultante das forças de empuxo e do peso do corpo. Quando estamos na piscina, há a sensação de que estamos mais leves. Isso acontece porque a força de empuxo está nos empurrando para cima. Enquanto isso, a força peso nos puxa para baixo.

  • PAP: peso aparente (N)
  • P: peso (N)
  • E: empuxo (N)

Note que há uma subtração entre o peso (P) e o empuxo (E). Isso acontece porque as forças estão orientadas em direções contrárias. Ou seja, o peso está orientado para baixo e o empuxo está orientado para cima.

Vídeos sobre hidrostática

Para aprofundar ainda mais seus conhecimentos, selecionamos alguns vídeos sobre hidrostática. Confira!

Como sentir o peso do ar

O ar atmosférico também é um fluido. Dessa forma, como estamos imersos nele desde que nascemos, não conseguimos sentir sua influência sobre o nosso corpo. Nesse vídeo você entenderá como é possível ver como a pressão atmosférica atua sobre nosso corpo.

Densidade e pressão

O professor Marcelo Boaro explica como a densidade e a pressão se relacionam com a hidrostática. Dessa maneira, Boaro explica a teoria por trás desses conceitos. Portanto, ao fim da aula, o professor resolve um exercício de aplicação.

Como é um submarino por dentro?

Submarinos são meios de transporte que estão sujeitos a enormes pressões. Assim, sua construção é toda pensada para suportar todo esse esforço. Nesse vídeo, Iberê Thenório, do Manual do Mundo, mostra como é um submarino da Marinha do Brasil.

A hidrostática é apenas um dos ramos da física. Portanto, é possível a interação do ar atmosférico sobre nossa vida. Por isso, veja nosso post sobre Pressão atmosférica..

Referências

YOUNG, H. D. Física I: Mecânica. São Paulo: Addison & Wesley. 2016

Hugo Shigueo Tanaka
Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Hidrostática. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/hidrostatica. Acesso em: 17 de April de 2021.

Exercícios resolvidos

1. [CPS-SP]

Um paralelepípedo homogêneo de madeira, de altura igual a 20 cm e área da base igual a 6,25 cm2, apresenta 100 g de massa.
Lembre-se da densidade da água: dágua = 1 g/cm3.

Podemos afirmar que o paralelepípedo, quando colocado na água, flutuará, pois sua densidade é:

a) menor que a da água e vale 0,4 g/cm3.
b) menor que a da água e vale 0,6 g/cm3.
c) menor que a da água e vale 0,8 g/cm3.
d) igual à da água e vale 1,0 g/cm3.
e) maior que a da água e vale 1,2 g/cm3

Alternativa correta: C
A densidade será dada pela razão entre a massa e o volume. Por sua vez, o volume é dado pelo produto da área pela altura.

Assim:
V = 6,25 x 20 = 125

A densidade então:

d = m/V
d = 100/125
d = 0,8

2. [PUC-RS]

No oceano a pressão hidrostática aumenta aproximadamente uma atmosfera a cada 10 m de profundidade. Um submarino encontra-se a 200 m de profundidade, e a pressão do ar no seu interior é de uma atmosfera. Nesse contexto, pode-se concluir que a diferença de pressão entre o interior e o exterior do submarino é, aproximadamente, de

a) 200 atm
b) 100 atm
c) 21 atm
d) 20 atm
e) 19 atm

Alternativa correta: D

A diferença de pressão é causada pela coluna de água de 200 m é encontrada dividindo a profundidade por 10.
Assim, a pressão é de 20 atm.

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