Pressão de um fluido em equilíbrio
Debido a la naturaleza fundamental de los fluidos, un fluido no puede permanecer en reposo en presencia de un esfuerzo cortante. Sin embargo, los fluidos pueden ejercer presión normal a cualquier superficie de contacto. Si se considera un punto del fluido como un cubo infinitesimalmente pequeño, se deduce de los principios del equilibrio que la presión en cada lado de esta unidad de fluido debe ser igual. Si no fuera así, el fluido se movería en la dirección de la fuerza resultante. Así, la presión") sobre un fluido en reposo es isótropa; es decir, actúa con igual magnitud en todas las direcciones. Esta característica permite a los fluidos transmitir la fuerza a través de la longitud de tuberías o tubos; es decir, una fuerza aplicada a un fluido en una tubería se transmite, a través del fluido, al otro extremo de la tubería. Este principio fue formulado por primera vez, de forma ligeramente ampliada, por Blaise Pascal, y actualmente se denomina ley de Pascal.
En términos de Mecánica clásica, la presión de un fluido incompresible en estado de equilibrio se puede expresar mediante la siguiente fórmula:[5].
donde P es la presión, ρ es la densidad del fluido, g es la aceleración de la
gravedad y h es la altura.
pressão hidrostática
Num fluido em repouso, todas as tensões de atrito e inércia desaparecem e o estado de tensão do sistema é denominado hidrostático. Quando esta condição é aplicada às equações de Navier-Stokes, o gradiente de pressão torna-se uma função apenas das forças do corpo. Para um fluido barotrópico") em um campo de força conservativo, como um campo de força gravitacional, a pressão exercida por um fluido em equilíbrio torna-se uma função da força exercida pela gravidade.
A pressão hidrostática pode ser determinada a partir de uma análise de volume de controle de um cubo de fluido infinitesimalmente pequeno. Como a pressão é definida como a força exercida em uma área de teste (, com: pressão,: força normal à área,: área), e a única força que atua em qualquer pequeno cubo de fluido é o peso da coluna de fluido acima dele, a pressão hidrostática pode ser calculada de acordo com a seguinte fórmula:.
onde.
• - é a pressão hidrostática (Pa).
• - é a densidade do fluido (kg/m).
• - é a aceleração gravitacional (m/s).
• - é a área de teste (m).
• - é a altura (paralela à direção da gravidade) da área de teste (m).
• - é a altura do ponto de referência de pressão zero") (m).
Para água e outros fluidos, esta integral pode ser significativamente simplificada para muitas aplicações práticas, com base nas duas suposições seguintes. Como muitos líquidos podem ser considerados incompressíveis"), uma boa estimativa razoável pode ser feita assumindo uma densidade constante em todo o líquido. A mesma suposição não pode ser feita em um meio gasoso. Além disso, como a altura da coluna de líquido entre e é geralmente razoavelmente pequena em comparação com o raio da Terra, a variação de pode ser desprezada. Nessas circunstâncias, a integral é simplificada na fórmula.
onde é a altura da coluna líquida entre o volume de teste e o ponto de referência de pressão zero. Esta fórmula é frequentemente chamada de lei de Stevin.[6][7] Observe que este ponto de referência deve estar na superfície do líquido ou abaixo dela. Caso contrário, você terá que dividir a integral em dois (ou mais) termos com a constante e. Por exemplo, pressão absoluta") em comparação com o vácuo é.
onde é a altura total da coluna de líquido acima da zona de teste até a superfície, e é a pressão atmosférica, ou seja, a pressão calculada a partir da integral restante sobre a coluna de ar desde a superfície do líquido até o infinito. Isso pode ser facilmente visualizado usando um prisma de pressão.
A pressão hidrostática tem sido usada na preservação de alimentos em um processo chamado pascalização.[8].
Flutuabilidade
Qualquer corpo de forma arbitrária que esteja imerso, parcial ou completamente, em um fluido experimentará a ação de uma força resultante na direção oposta ao gradiente de pressão local. Se este gradiente de pressão vier da gravidade, a força resultante é produzida na direção vertical oposta à da força gravitacional. Essa força vertical é chamada de empuxo ou força de empuxo e é igual em magnitude, mas em direção oposta, ao peso do fluido deslocado. Matematicamente,.
onde é a densidade do fluido, é a aceleração da gravidade e é o volume de fluido diretamente acima da superfície curva.[9] No caso de um navio, por exemplo, seu peso é equilibrado pelas forças de pressão da água ao seu redor, permitindo-lhe flutuar. Se o barco estiver mais carregado, ele afundará ainda mais na água - deslocando mais água e recebendo assim uma maior força de empuxo para equilibrar o aumento de peso.
A descoberta do princípio da flutuabilidade é atribuída a Arquimedes.
Medicamento
Na medicina, a pressão hidrostática nos vasos sanguíneos é a pressão do sangue contra a parede. É a força oposta à pressão oncótica.
pressão atmosférica
A Mecânica Estatística mostra que, para um gás ideal puro de temperatura constante em um campo gravitacional, T, sua pressão, p variará com a altura, h, como.
onde.
• - é a aceleração da gravidade.
• - é a temperatura absoluta.
• - é a constante de Boltzmann.
• - é a massa de uma única molécula de gás.
• - é a pressão.
• - é a altura.
Isso é conhecido como fórmula barométrica e pode ser derivado assumindo que a pressão é hidrostática.
Se existirem vários tipos de moléculas no gás, a pressão parcial de cada tipo será dada por esta equação. Na maioria das condições, a distribuição de cada espécie de gás é independente das outras espécies.