O que a flu­tu­a­ção de ovo estra­gado, um pro­blema no enca­na­mento de sua resi­dên­cia e o voo de um avião têm em comum? Apesar de serem situ­a­ções bem dis­tin­tas umas das outras, todos esses fenô­me­nos podem ser expli­ca­dos pela área da física que veremos a partir de agora: a Mecâ­nica dos Fluidos!

Apertem seus cintos, pois agora você, caro leitor, terá uma viagem com tudo pago desde os limites de nossa atmos­fera até as pro­fun­de­zas de nossos oceanos pelo incrí­vel e fas­ci­nante mundo dos fluidos!

Iniciando a viagem: preparando a bagagem de conceitos

Cer­ta­mente, durante sua vivên­cia na escola básica, tal con­ceito físico fora defi­nido como “líqui­dos e gases” apenas, sem, no entanto, expli­car o porquê de estados da matéria apa­ren­te­mente tão dis­tin­tos um do outro se encai­xa­rem na mesma cate­go­ria. Afinal, um apre­senta volume bem defi­nido e o outro variá­vel, além de pos­suí­rem inte­ra­ções inter­mo­le­cu­la­res com inten­si­da­des dife­ren­tes. Para que pos­sa­mos iniciar nossa viagem com segu­rança e garan­tir o enten­di­mento de todos ao longo da extensa cami­nhada con­cei­tual que per­cor­re­mos aqui, é impres­cin­dí­vel come­çar­mos com algumas defi­ni­ções impor­tan­tes: o que é um fluido e os con­cei­tos de den­si­dade e pressão. 

A fim de con­cei­tu­ar­mos cor­re­ta­mente os fluidos, é neces­sá­rio apro­fun­dar­mos a nossa defi­ni­ção. Dessa forma, para cate­go­ri­zar algo como sendo, de fato, um fluido, é preciso que tais carac­te­rís­ti­cas estejam pre­sen­tes: a capa­ci­dade de escoar, de não resis­tir à defor­ma­ção, bem como assumir o formato do reci­pi­ente em que se encon­tra. Dito isso, podemos então pros­se­guir nossa jornada.

Seguindo os nossos pre­pa­ra­ti­vos, vamos falar um pouco sobre o con­ceito de den­si­dade. Você já parou para pensar no que con­siste esse con­ceito tão essen­cial da ciência? Podemos defini-lo como sendo a razão (ou seja, divisão) entre a massa de uma subs­tân­cia pelo volume ocupado por ela. Você já deve ter ouvido que o ar quente sobe e o frio desce, isso ocorre porque eles apre­sen­tam dife­ren­tes den­si­da­des. Pelo mesmo efeito, ao colo­car­mos uma subs­tân­cia imersa em um fluido, se ela for mais densa que este, ela irá afundar (como uma pedra), caso con­trá­rio, flu­tu­ará (como uma rolha). Na Figura 1, o efeito da den­si­dade é demons­trado em um tubo de ensaio con­tendo, de cima para baixo: óleo infan­til, álcool 70°, óleo vegetal, um pedaço de cera, água e um pedaço de alumínio.

Perceba, então, que este con­ceito físico é uti­li­zado em um famoso life hack (ou macete) para a escolha de um ovo para o preparo de um prato culi­ná­rio. Todos devem ter ouvido a velha his­tó­ria de um ovo bom afunda, enquanto um ovo podre boia; mas, por que isso ocorre? Um ovo, com o passar do tempo, vai per­dendo água de seu inte­rior pelos poros de sua casca, criando bolsas de ar cada vez maiores dentro de si e, por­tanto, dimi­nuindo sua den­si­dade; com uma menor den­si­dade, ele flutua na água.

Para medir a den­si­dade de um objeto, basta medir o seu volume e sua massa, e o mesmo pode ser feito para um fluido, colo­cando em um reci­pi­ente sobre uma balança, mas esta não é a única forma. Um outro método de medir dire­ta­mente a den­si­dade de um líquido, des­crito por Karl Fri­e­drich Mohr (1806–1879) em 1832, é sub­mer­gir um objeto conhe­cido e medir o empuxo rea­li­zado pelo líquido no objeto; em nosso acervo, pos­suí­mos 3 exem­pla­res de Balan­ças de Mohr-Westphal (a saber AMLEF 004, AMLEF 005 e AMLEF 006). Da mesma forma, conhe­cendo o líquido, podemos deter­mi­nar a den­si­dade de um objeto ao mer­gu­lhá-lo e medir o empuxo, o que pode ser útil quando for difícil medir o volume do objeto. Sabendo desses con­cei­tos, você deve ser capaz de exem­pli­fi­car apli­ca­ções prá­ti­cas desse con­ceito, bem como deter­mi­nar qual objeto é mais denso e qual é menos denso, medi­ante a rea­li­za­ção de um experimento.

Por último, mas não menos impor­tante, abor­da­re­mos fisi­ca­mente a defi­ni­ção de pressão. Aqui, defi­ni­re­mos esta como sendo a razão (divisão) entre o módulo, ou inten­si­dade, das forças que atuam per­pen­di­cu­lar­mente sobre deter­mi­nada super­fí­cie. Vale sali­en­tar que, quando a força apli­cada é dis­tri­buída de maneira uni­forme por toda a super­fí­cie na qual está sendo apli­cada, cada ponto dessa super­fí­cie terá o mesmo valor de pressão. É por isso, por exemplo, que é pos­sí­vel deitar-se em uma cama de pregos sem se machu­car (como pode ser visto na Figura 3), uma vez que nosso peso se dis­tri­buirá entre todos pregos, dimi­nuindo a pressão exer­cida. Entre­tanto, sen­tando-se em um soli­tá­rio prego, a área de contato seria muito menor e a pressão exer­cida, muito maior, o que cau­sa­ria um certo aci­dente perfurante.

Com esses con­cei­tos em mente ficará mais fácil enten­der os fenô­me­nos da Mecâ­nica de Fluidos e tentar remon­tar a his­tó­ria do desen­vol­vi­mento dessa. Come­ça­re­mos a jornada pela Hidros­tá­tica, o estudo dos fluidos em repouso.

Francisco Baguinski e Ana Cecília Pinheiro/ Equipe AMLEF 2022

Saiba mais:

• Vídeo: Urso polar que entende de física! Veja como ele deita ao atra­ves­sar o rio con­ge­lado, aumen­tando a área de contato entre seu corpo e o gelo, dimi­nuindo a pressão feita no gelo e evi­tando que ele se quebre.

Referências:

• Museu do Ins­ti­tuto Supe­rior de Enge­nha­ria do Porto
• Wiki­pe­dia: Fluido (BR/EN)
• Wiki­pe­dia: Den­si­dade (BR/EN)
• Wiki­pe­dia: Pressão (BR/EN)