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Cinemática
Fluidos


Fenômeno

A pressão no interior de um líquido varia com a profundidade de acordo com a seguinte equação:

p = p0 + ρ g h

onde p é a pressão observada à profundidade h, medida a partir da superfície do líquido, p0 é a pressão reinante acima da superfície do líquido, ρ é a densidade do líquido e g é a aceleração local da gravidade. Existem muitos experimentos que podem demonstrar a dependência da pressão de um líquido com a profundidade. Vamos mostrar aqui dois desses experimentos.

No primeiro, utiliza-se um cilindro aberto em uma das extremidades e com três furos localizados a diferentes distâncias da abertura. O experimento começa quando o cilindro é enchido com água.

Video

Fonte: "Water pressure - physics experiment", YouTube


Explicação

Pudemos observar que a velocidade de saída do jato d'água é maior nos furos mais distantes da superfície do líquido. Isso se deve ao aumento da pressão hidrostática devido à profundidade que, agindo na área do furo, gera uma força que impulsiona as moléculas de água para fora do cilindro. Como a pressão (força por unidade de área) aumenta com a profundidade, a força sobre as moléculas no furo também aumenta com a profundidade. Assim, os furos inferiores produzem jatos mais vigorosos do que os furos superiores. Vale lembrar que a velocidade de saída do jato (v) depende da área do furo (A), sendo tanto maior quanto menor for essa área (equação de continuidade: A0v0 = Av). Assim, para que possa haver comparação entre o alcance dos jatos, todos os furos no cilindro devem ter a mesma área.

No segundo experimento, um cilindro transparente e aberto em ambas as extremidades é mergulhado verticamente em água, com uma tampa frouxa na extremidade inferior.

Video

Fonte: "Water Pressure 1", YouTube


Explicação

Apesar da tampa não estar presa ao cilindro, a pressão do líquido, reinante à profundidade da tampa, exerce força sobre sobre sua área mantendo-a firmemente presa ao cilindro. A intensidade dessa força é demonstrada ao se colocar uma massa sobre a tampa, por dentro do cilindro. Em profundiades maiores, o peso dessa massa não é suficiente para deslocar a tampa do cilindro. Quando o cilindro é lentamente retirado da água, haverá uma profundidade para a qual a força da água sobre a tampa (de baixo para cima) será igual à força da massa sobre a tampa (de cima para baixo). Nesse momento, a tampa perde contato com o cilindro.

Referências

Wikipédia: Hidrostática

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