Fluidos: características, propriedades, tipos, exemplos - Ciência - 2023

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o fluidos são meios contínuos cujas moléculas não são tão ligadas como nos sólidos e, portanto, têm maior mobilidade. Tanto os líquidos quanto os gases são fluidos e alguns, como o ar e a água, são de vital importância, pois são necessários para manter a vida.

Exemplos de fluidos são água, hélio superfluido ou plasma sanguíneo. Existem materiais que parecem sólidos, mas apresentam as características dos fluidos, por exemplo, alcatrão. Ao colocar um tijolo em cima de um grande pedaço de alcatrão, observa-se que ele vai afundando aos poucos até chegar ao fundo.

Alguns plásticos também parecem sólidos, mas na realidade são fluidos de viscosidade extremamente alta, capazes de fluir extremamente devagar.

Características do fluido

Os fluidos são caracterizados principalmente por:

-Tem uma separação maior entre suas moléculas em relação aos sólidos. No caso dos líquidos, as moléculas ainda mantêm alguma coesão, enquanto nos gases interagem muito menos.

-Flow ou dreno, quando as forças de corte atuam sobre eles. Os fluidos não resistem ao estresse, portanto se deformam contínua e permanentemente quando um é aplicado a eles.

- Adaptando-se ao formato do recipiente que os contém e se forem gases, expandem-se imediatamente até cobrir todo o volume do mesmo. Além disso, se puderem, as moléculas escaparão rapidamente do recipiente.

-Os gases são facilmente compressíveis, ou seja, seu volume pode ser facilmente alterado. Por outro lado, modificar o volume de um líquido exige mais esforço, por isso são considerados incompressíveis em uma ampla faixa de pressões e temperaturas.

-Os líquidos têm uma superfície plana livre quando a pressão que atua sobre eles é constante. Na pressão atmosférica, por exemplo, a superfície de um lago sem ondas é plana.

Propriedades do fluido

O comportamento macroscópico de um fluido é descrito por diversos conceitos, sendo os principais: densidade, peso específico, densidade relativa, pressão, módulo de compressibilidade e viscosidade. Vamos ver no que cada um consiste resumidamente.

Densidade

Em um meio contínuo como um fluido, não é fácil rastrear uma única partícula ou molécula, então ao invés de trabalhar com a massa de uma, é preferível fazê-lo com densidade, uma característica que diz respeito ao fluido como um todo.

A densidade é definida como a relação entre massa e volume. Denotando densidade com a letra grega ρ, massa me volume V:

ρ = m / V

Quando a densidade varia de um ponto a outro no fluido, a expressão é usada:

ρ = dm / dV

No Sistema Internacional de Unidades, a densidade é medida em kg / m³.

A densidade de qualquer substância em geral não é constante. Todos quando aquecidos sofrem expansão, exceto a água, que se expande quando congelada.

No entanto, em líquidos, a densidade permanece quase constante em uma ampla faixa de pressões e temperaturas, embora os gases experimentem variações com mais facilidade, uma vez que são mais compressíveis.

Peso específico

A gravidade específica é definida como o quociente entre a magnitude do peso e o volume. Portanto, está relacionado à densidade, uma vez que a magnitude do peso é mg. Denotando o peso específico com a letra grega γ, temos:

γ = mg / V

A unidade de gravidade específica no Sistema Internacional de Unidades é newton / m³ e em termos de densidade, a gravidade específica pode ser expressa assim:

γ = ρg

Densidade relativa

A água e o ar são os fluidos mais importantes para a vida, por isso servem como referência um para o outro.

Em líquidos, a densidade relativa é definida como o quociente entre a massa de uma porção de fluido e a massa de igual volume de água (destilada) a 4 ºC e 1 atmosfera de pressão.

Na prática, é calculado fazendo o quociente entre a densidade do fluido e a da água nessas condições (1 g / cm³ ou 1000 kg / m³), portanto, a densidade relativa é uma quantidade adimensional.

É denotado como ρ_r ou sg para Gravidade Específica, que se traduz em gravidade específica, outro nome para densidade relativa:

sg = ρ_fluido/ ρ_Água

Por exemplo, uma substância com sg = 2,5 é 2,5 vezes mais pesada que a água.

Nos gases, a densidade relativa é definida da mesma forma, mas em vez de usar a água como referência, usa-se a densidade do ar igual a 1.225 kg / m.³ a 1 atmosfera de pressão e 15 ºC.

Pressão

Um fluido consiste em inúmeras partículas em movimento constante, capazes de exercer força sobre uma superfície, por exemplo, a do recipiente que as contém. A pressão média P que o fluido exerce sobre qualquer superfície plana da área A é definida através do quociente:

P = F_┴/PARA

Onde F_┴é o componente perpendicular da força, portanto a pressão é uma quantidade escalar.

Se a força não for constante ou a superfície não for plana, a pressão é definida por:

p = dF / dA

A unidade SI de pressão é newton / m², chamado Pascal e abreviado Pa, em homenagem ao físico francês Blaise Pascal.

Porém, na prática muitas outras unidades são utilizadas, seja por razões históricas ou geográficas ou também de acordo com a área de estudo. As unidades do sistema britânico ou sistema imperial são usadas com muita freqüência em países de língua inglesa. Para a pressão neste sistema, o psi ou libra-força / polegada².

Compressibilidade

Quando uma parte do fluido é submetida a uma tensão de volume, ela diminui um pouco. Essa diminuição é proporcional ao esforço realizado, sendo a constante de proporcionalidade o módulo de compressibilidade ou simplesmente compressibilidade.

Se B é o módulo de compressibilidade, ΔP a mudança de pressão e ΔV / V a mudança da unidade em volume, então matematicamente:

B = ΔP / (ΔV / V)

A variação do volume da unidade é adimensional, pois é o quociente entre dois volumes. Desta forma, a compressibilidade tem as mesmas unidades de pressão.

Como foi dito no início, os gases são fluidos facilmente compressíveis, enquanto os líquidos não o são, portanto, eles têm módulos de compressibilidade comparáveis aos dos sólidos.

Viscosidade

Um fluido em movimento pode ser modelado por camadas finas que se movem umas em relação às outras. Viscosidade é o atrito que existe entre eles.

Para imprimir o movimento ao fluido, uma tensão de cisalhamento (não muito grande) é aplicada a uma seção, o atrito entre as camadas evita que a perturbação alcance as camadas mais profundas.

Neste modelo, se a força for aplicada na superfície do fluido, a velocidade diminui linearmente nas camadas inferiores até parar no fundo, onde o fluido entra em contato com a superfície em repouso do recipiente que o contém.

Matematicamente, é expresso dizendo que a magnitude da tensão de cisalhamento τ é proporcional à variação da velocidade com a profundidade, que é denotada como Δv / Δy. A constante de proporcionalidade é a viscosidade dinâmica μ do fluido:

τ = μ (Δv / Δy)

Essa expressão é conhecida como lei da viscosidade de Newton e os fluidos que a seguem (alguns não seguem esse modelo) são chamados de fluidos newtonianos.

No Sistema Internacional, as unidades de viscosidade dinâmica são Pa.s, mas o equilíbrio, abreviado P, que é equivalente a 0,1 Pa.s.

Classificação: tipos de fluidos

Os fluidos são classificados de acordo com vários critérios, a presença ou ausência de atrito é um deles:

Fluidos ideais

Sua densidade é constante, é incompressível e sua viscosidade é zero. Também é irrotacional, ou seja, nenhum turbilhão se forma por dentro. E por último, é estacionário, o que significa que todas as partículas de fluido que passam por determinado ponto têm a mesma velocidade

Fluidos reais

Nas camadas de fluidos reais há atrito e, portanto, viscosidade, eles também podem ser compressíveis, embora, como já dissemos, os líquidos sejam incompressíveis em uma ampla gama de pressões e temperaturas.

Outro critério estabelece que os fluidos podem ser newtonianos e não newtonianos, dependendo do modelo de viscosidade que seguem:

Fluidos newtonianos

Eles cumprem a lei da viscosidade de Newton:

τ = μ (Δv / Δy)

Fluidos não Newtonianos

Eles não atendem à lei da viscosidade de Newton, então seu comportamento é mais complexo. Eles são classificados por sua vez em fluidos com viscosidade independente do tempo e aqueles com viscosidade dependente do tempo, mais complexo ainda.

Exemplos de fluidos

Água

A água é um fluido newtoniano, embora sob certas condições o modelo de fluido ideal descreva muito bem seu comportamento.

Plasma sanguíneo

É um bom exemplo de um fluido não newtoniano independente do tempo, especificamente fluidos pseudoplásticos, no qual a viscosidade aumenta muito com a tensão de cisalhamento aplicada, mas então, conforme o gradiente de velocidade aumenta, ele para de aumentar progressivamente.

Mercúrio

O único metal líquido à temperatura ambiente também é um fluido newtoniano.

Chocolate

É necessário muito esforço de cisalhamento para que esses tipos de fluidos comecem a fluir. Então a viscosidade é mantida constante. Este tipo de fluido é chamado fluido bingham. A pasta de dentes e algumas tintas também se enquadram nesta categoria.

Asfalto

É um fluido utilizado na pavimentação de estradas e como impermeabilizante. Tem o comportamento de um fluido Bingham.

Superfluido de hélio

É totalmente desprovido de viscosidade, mas em temperaturas próximas do zero absoluto.

Referências

Cimbala, C. 2006. Mecânica dos Fluidos, Fundamentos e Aplicações. Mc. Graw Hill.
Medição da viscosidade de um líquido. Recuperado de: sc.ehu.es.
Mott, R. 2006. Fluid Mechanics. 4º. Edição. Pearson Education.
Wikipedia. Superfluidez. Recuperado de: es.wikipedia.org.
Zapata, F. Fluids: densidade, peso específico e gravidade específica. Recuperado de: francesphysics.blogspot.com.