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Hidrostática
Muitas vezes, no ensino médio, é estudado apenas o equilíbrio estático dos fluidos, a hidrostática. Então, se discute, principalmente, os conceitos de pressão em um ponto no interior de um líquido parado e, também, o empuxo exercido pelo fluido sobre um corpo imerso nele.
Iremos, a partir de agora, aprofundar um pouco mais no estudo dos fluidos e estudar os fluidos em movimento. Esse ramo da física denominamos de hidrodinâmica. Por se tratar de uma área bastante complexa, muitas vezes, é necessário supormos algumas simplificações para ter um entendimento mínimo sobre o assunto.
Hidrodinâmica
Observe a figura abaixo. Nela consideramos um fluido em um fluxo laminar estacionário no interior de um tubo de diâmetro variável.
Vamos calcular o fluxo de massa, ou seja, a quantidade de massa que passa por uma determinada área num determinado intervalo de tempo.
Fluxo = Δm/Δt
A massa pode ser reescrita em termos da densidade ρ1do fluido. Ou seja, m =ρ1ΔV1.
Podemos, então, reescrever o fluxo em termos da densidade.
Fluxo = ρ1ΔV1/Δt
Agora podemos reescrever, ainda, o volume em termos da relação V = Área x altura. Pela figura temos,
e área
Área = S1 e altura = Δx1
Então:
V = S1Δx1
Mas sabemos que Δx1/Δt = v1.
Assim o fluxo pode ser escrito da seguinte forma:
Fluxo = ρ1.S1.v1
De maneira análoga, na região de onde o diâmetro é menor, área S2
Fluxo = ρ2.S2.v2
Observe que a massa de fluido que passa por uma dada secção transversal do tubo, em um dado intervalo de tempo, é a mesma, qualquer que seja a posição do tubo em que a secção é considerada.
Portanto, como o fluxo de massa é constante ao longo do tubo devemos ter:
ρ1.S1.v1 = ρ2.S2.v2 (Equação da continuidade)
Podemos entender melhor essa importante equação da física a partir da simulação abaixo. Nela ao diminuirmos a área aumentamos a velocidade do fluido para que o fluxo continue constante....
Viscosidade Fluidos Newtonianos x Não-Newtonianos
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