Biología

Pressão hidrostática: definição, equação e cálculos

Pressão

Quando você pisa em uma balança, obtém uma leitura de seu peso , que é simplesmente a força da gravidade. Seu peso na balança será o mesmo, não importa como você esteja em cima dela – com os dois pés na balança, com um pé no ar ou mesmo se você fizer uma parada de mão!

O que é diferente é a pressão que você exerce na escala em cada uma dessas situações, porque esta é a força exercida sobre uma determinada área, ou em forma de equação, P = F / A . Seu peso é a força, mas a pressão depende da área sobre a qual esse peso é aplicado, seja nos dois pés, em um ou nas duas mãos.

A pressão em um líquido também é a força exercida sobre uma determinada área, mas a diferença é que a pressão de um fluido empurra as paredes do recipiente circundante, bem como todas as partes do próprio fluido. Isso é verdade tanto para líquidos quanto para gases, porque ambos são fluidos, mas a pressão em um líquido é um pouco diferente da pressão de um gás.

Pressão em um líquido

As partículas de gás não são muito amigáveis. Eles se espalham para preencher todo o espaço de seu container, desfrutando de seu espaço pessoal e liberdade. Mas, conforme as partículas de gás voam, às vezes elas colidem umas com as outras, bem como com as paredes do recipiente. Essas interações criam pressão no recipiente e, em um gás, essa pressão é a mesma em todo o fluido.

Mas você pode ver claramente que este não é o caso dos líquidos porque eles não enchem todo o recipiente como os gases. Isso ocorre por causa das ligações entre as moléculas do líquido, que são o que os mantém unidos. Quando você despeja um líquido em um recipiente, ele preenche o fundo porque a gravidade o puxa para baixo. Essa força da gravidade é a mesma que a leitura da escala – é o peso do líquido e é o que cria pressão nesse líquido.

A pressão no líquido também aumenta com a profundidade por causa da gravidade. O líquido no fundo tem que suportar o peso de todo o líquido acima dele, assim como todo o ar acima dele! Você não percebe o peso do ar ao seu redor porque seu corpo está «pressurizado» da mesma forma que a atmosfera, mas qualquer líquido sob essa atmosfera definitivamente o sente.

Você pode experimentar essa mudança na pressão ao nadar até o fundo de uma piscina. À medida que você vai mais fundo na água, você sente a pressão aumentar porque há cada vez mais peso sobre você. Mas a pressão não se acumula apenas em cima de você. Por estar em um fluido, você sentirá o aumento da pressão ao seu redor.

Calculando a pressão do líquido

Quando um líquido está em repouso, o que significa que não está fluindo, podemos determinar sua pressão em uma determinada profundidade conhecida como pressão hidrostática . A maneira como determinamos isso é por meio de uma equação: P = rho * g * d , onde P é a pressão, rho é a densidade do líquido, g é a gravidade ed é a profundidade.

Você também pode ver a equação hidrostática escrita como P = rho * g * h , onde h representa a altura. Isso pode ser usado porque às vezes queremos calcular a pressão de um líquido conforme ele preenche uma coluna (como ao medir a pressão barométrica), portanto, precisamos saber a altura do fluido. É como pegar a profundidade e virar de cabeça para baixo. Contanto que você use a medida apropriada, qualquer uma das letras pode ser usada, mas pode ajudar ficar com a letra que melhor representa o que você está medindo – a profundidade ou a altura.

É importante lembrar que a densidade do líquido não muda com a profundidade mais do que a densidade de uma barra de chocolate quando você a quebra em pedaços separados. Os líquidos não são compressíveis, o que significa que suas moléculas já estão tão próximas quanto podem estar. Também é um bom momento para anotar aquele g na equação. Ele atua como um lembrete constante de como a gravidade desempenha um papel crucial na pressão de um líquido em qualquer profundidade.

Exemplos

Agora que sabemos como calcular a pressão hidrostática, vamos colocá-lo em ação. Digamos que desejamos calcular a pressão da água no fundo de uma piscina com quatro metros de profundidade. Felizmente, você não precisa memorizar as densidades de vários fluidos, já que elas podem ser consultadas e a densidade da água é 1.000 kg / m ^ 3. Sabemos que g é sempre 9,8 m / s ^ 2, então parece que temos tudo de que precisamos para encontrar a pressão.

Conectando nossos valores, obtemos: P = 1.000 kg / m ^ 3 * 9,8 m / s ^ 2 * 4 m. Nossa pressão então é de 39.200 kg / ms ^ 2. Essas unidades de pressão são perfeitamente aceitáveis, mas também podemos escrevê-las como Pascal . Isso é representado pelas letras ‘Pa’, que é a unidade padrão de pressão e tem o nome do matemático francês Blaise Pascal. Um Pascal é o mesmo que 1 kg / ms ^ 2, mas escrever Pa certamente leva muito menos tempo!

Também podemos reorganizar essa equação para determinar outras informações sobre o líquido. Digamos, por exemplo, que já sabemos a pressão e a densidade de um líquido, mas queremos encontrar a profundidade em que essa pressão ocorre. Tudo o que precisamos fazer é mover as variáveis ​​ao redor da equação e então calcular a profundidade. Digamos que nossa pressão seja 10.000 Pa (igual a 10.000 kg / ms ^ 2) e nosso líquido desta vez é leite, que tem uma densidade de cerca de 1.035 kg / m ^ 3.

Nossa equação precisa ser reorganizada para que a profundidade seja suficiente, então simplesmente dividimos a pressão pela densidade do líquido e g . Conectando nossas variáveis, obtemos: 10.000 Pa / (1.035 kg / m ^ 3 * 9,8 m / s ^ 2) = d. Depois de fazer as contas, descobrimos que essa pressão ocorre em nosso leite a uma profundidade de 0,986 m.

Este mesmo princípio pode ser usado para encontrar a densidade do líquido se a pressão e a profundidade forem conhecidas. Na verdade, como g é sempre 9,8 m / s ^ 2, contanto que você conheça duas das outras variáveis, pode calcular facilmente a terceira. Tudo o que é necessário é um pequeno rearranjo seguido por um rápido cálculo matemático.

Resumo da lição

Em um líquido, a pressão empurra não apenas o recipiente que contém o líquido, mas também todas as partes do próprio fluido. A pressão em um líquido é causada pelo peso do líquido, que é a força da gravidade. À medida que a profundidade aumenta, também aumenta a pressão, porque há mais peso (ou força) vindo de cima.

A pressão em um líquido em uma determinada profundidade é chamada de pressão hidrostática . Isso pode ser calculado usando a equação hidrostática: P = rho * g * d , onde P é a pressão, rho é a densidade do líquido, g é a gravidade (9,8 m / s ^ 2) e d é a profundidade (ou altura ) do líquido.

Usando esta equação, podemos determinar a pressão em qualquer profundidade dentro de um líquido, desde que conheçamos a densidade do líquido. Também podemos encontrar a densidade ou profundidade do líquido, desde que conheçamos as outras variáveis ​​e reorganizemos a equação de forma adequada.

Resultados de Aprendizagem

Ao chegar ao final desta lição, você terá a capacidade de:

  • Defina a pressão hidrostática
  • Compreenda as características de pressão em um líquido
  • Calcule a pressão de qualquer líquido usando a equação hidrostática