Hidrodinâmica

Em física, hidrodinâmica (ou dinâmica de fluidos) é uma sub-disciplina de mecânica dos fluidos que lida com a ciência de fluxo de fluido — a ciência natural de fluidos (líquidos e gases) em movimento. Tem várias especialidades em si, incluindo a aerodinâmica (o estudo do ar e outros gases em movimento) e hidrodinâmica (o estudo dos líquidos em movimento). Dinâmica de fluidos tem uma vasta gama de aplicações, incluindo o cálculo das forças e momentos nas aeronaves, a determinação da taxa de fluxo de massa de petróleo através de gasodutos, a previsão de condições meteorológicas, a compreensão nebulosas no espaço interestelar e, modelagem de detonação de armas de fissão. Alguns de seus princípios são ainda utilizados em engenharia de tráfego, onde o tráfego é tratado como um fluido contínuo.

Dinâmica de fluidos oferece uma estrutura sistemática subjacente a estas disciplinas práticas, que abrange as leis empíricas e semi-empíricos, a partir de medição de vazão e utilizados para resolver problemas práticos. A solução para um problema de dinâmica de fluidos normalmente consiste em calcular várias propriedades do fluido, tais como velocidade, pressão, densidade e temperatura, como as funções do tempo e espaço.

FENÔMENOS DE SUPERFÍCIE

o    Tensão Superficial

o    Capilaridade

o    Viscosidade

Em circunstâncias particulares de nosso cotidiano, uma série de fenômenos físicos relacionados com os líquidos em equilíbrio, aparentemente contradizem a lei fundamental da hidrostática e, como decorrência, parecem também negar as demais leis que explicam as propriedades dos líquidos em equilíbrio. São os fenômenos de superfície.

A importância dos fenômenos de superfície vai muito além da curiosidade que, eventualmente, poderão despertar. Eles apresentam um conjunto de aplicações, algumas delas diretamente ligadas ao nosso dia-a-dia e, outras, fazendo parte do processo de vida de organismos vegetais e animais. Você, provavelmente, não terá por enquanto explicações muito elaboradas para os mesmos. Poderá, mesmo assim, emitir sua opinião a respeito de alguns destes fenômenos como os que estão sendo a seguir citados.

• A Lei de Arquimedes diz que, um corpo mais denso que o um líquido, afunda no mesmo, pois terá um peso maior que o empuxo por ele recebido. sabendo que a massa específica do aço é cerca de 7,8 vezes maior que a massa específica da água, você arriscaria afirmar que uma agulha poderá não afundar neste líquido? E que alguns insetos podem caminhar sobre a água?
• Sabe-se que os líquidos em equilíbrio assumem a forma dos recipientes que os contém. No entanto, ao caírem algumas gotas de água sobre uma superfície encerada, ao invés de se espalharem de acordo com a previsão das leis do equilíbrio, elas assumem uma forma quase esférica. Do mesmo modo, as gotas de mercúrio que rolam numa superfície plana, também mostram que os líquidos podem ter forma própria. Como se explica tais contradições?
• No estudo das condições de equilíbrio dos líquidos, contidos em recipientes, afirmou-se que a superfície livre dos mesmos é plana e horizontal. Por outro lado, você já observou como fica a superfície livre da água numa proveta ou no tubo em U? Ou, ainda, como se apresenta a superfície livre de um líquido qualquer no gargalo de uma garrafa?
• Foi observado, e confirmado pela lei de Stevin, que um líquido em equilíbrio em sistemas de vasos comunicantes atinge a mesma altura em todos os vasos do sistema. Isto também é válido para recipientes de pequenas alturas, tipo tubos capilares? >
• O escoamento dos líquidos ocorre de forma contínua. No entanto, um líquido que escoa lentamente de um conta-gotas flui continuamente ou o faz através de pingos sucessivos?
• Nas residências usam-se para limpeza, higiene corporal e lavagem da roupa, sabão e sabonetes. Qual a verdadeira função do sabão? E dos detergentes?

Tensão Superficial

A superfície livre dos líquidos em equilíbrio se comportam como uma membrana tensa (esticada).

Entre as moléculas que constitui a matéria existe forças de interação de origem elétrica. A tensão superficial surge graças à presença destas forças atrativas em são explicadas pelo modelo cinético-molecular. Tais forças adquirem valores consideráveis quando a distância entre as moléculas é da ordem de 10^-6cm, como acontece nos líquidos e principalmente nos sólidos. Para distâncias maiores, como no caso dos gases, as forças de interação molecular são praticamente nulas.

A tensão superficial apresenta algumas características:

1. tem o mesmo valor em todas as direções;
2. não depende da espessura e extensão da membrana;
3. varia com a temperatura e com a natureza da superfície de contato - diminui conforme aumenta a temperatura;

Capilaridade

Diferentemente dos sólidos os líquidos podem fluir. Suas partículas se movem quase independentemente umas das outras, mas não tão livremente como as partículas de um gás. Forças de atração conhecidas como forças de coesão, agem entre as partículas do líquido. Entre as partículas de um líquido e as do material em que estão encostados também existe uma força de atração chamada de força de adesão. O efeito resultante das forças de adesão e coesão produzem a capilaridade.

A capilaridade é uma conseqüência da tensão superficial.

Sendo a força associada à tensão superficial paralela à superfície da película líquida, ela atua no sentido de puxar o líquido para cima, o que provoca uma ascensão do mesmo através do tubo capilar. O líquido subirá até alcançar um peso igual ao módulo desta força. Pode-se concluir então, que a altura alcançada pelo líquido depende, basicamente, da tensão superficial do líquido e do raio do tubo capilar. Isso só acontece quando duas paredes estiverem muito próximas uma da outra.

Esse fenômeno contribui muito na circulação da seiva pelos tubos capilares existentes nos caules das plantas. Nas lamparinas a álcool ou querosene, o combustível consegue atingir a chama por capilaridade.

Menisco

Quando um líquido encontra uma superfície sólida ele adquire uma forma curva chamada menisco. A forma do menisco depende da relação entre as forças de adesão e coesão.

Viscosidade

No movimento de um líquido existe atrito entre suas moléculas e que é traduzido por uma grandeza denominada viscosidade. A água possui viscosidade muito pequena, por isso escoa com facilidade, enquanto o óleo possui uma viscosidade maior, isto é, escoa com mais dificuldade.

Quando um líquido se move por um tubo, o atrito das diversas camadas líquidas entre si e com as paredes do tubo determina que nem todos os pontos do líquido se movam com a mesma velocidade. Um líquido é tanto mais perfeito quanto menos viscoso for. A viscosidade de um líquido depende de muitos fatores porém o que mais influi é a temperatura: a viscosidade diminui à medida que a temperatura aumenta. É muito comum aquecer os frascos com mel a fim de conseguir que o mesmo flua com rapidez.

REGIMES DE ESCOAMENTO

 

Quando um fluido está em movimento, o seu escoamento pode ser caracterizado como um entre dois tipos principais. O escoamento se diz lamenar ou estacionário se cada partícula do fluido segue uma trajetória definida e suave, e se as trajetórias das partículas não se cruzam. No escoamento lamenar, portanto, a velocidade do fluido, em cada ponto, permanece constante com o tempo. Ex.: a água se movendo num rio calmo, de leito regular e sem obstáculos.

Outro tipo de escoamento é o rotacional ou turbulento. O escoamento turbulento é um escoamento irregular, caracterizado por regiões de pequenos vórtices. Como exemplo, o escoamento da água numa corrente irregular, caracterizado por regiões de pequenos vórtices. Como exemplo, o escoamento da água numa corrente fica turbulento nas regiões onde as rochas, ou outros obstáculos, estão no leito e contribuem para a formação dos rápidos encachoeirados.