Notificações
Você não tem notificações no momento.
Whatsapp icon Whatsapp
Copy icon

Hidrodinâmica

A hidrodinâmica é uma área da mecânica clássica que estuda os fluidos ideais em movimento. É amplamente aplicada nas construções e nos encanamentos domésticos e industriais.

Imagem explicando o que é hidrodinâmica e o que ela estuda.
A hidrodinâmica estuda os fluidos ideais em movimento.
Imprimir
Texto:
A+
A-
Ouça o texto abaixo!

PUBLICIDADE

A hidrodinâmica é uma área da Física, especificamente da mecânica clássica, que compreende os fluidos ideais dinâmicos, aqueles que estão se movimentando. Nela estudamos principalmente a vazão mássica, a vazão volumétrica dos fluidos, a equação da continuidade e o princípio de Bernoulli.

Leia também: Aerodinâmica — o ramo da Física que estuda a interação dos gases com o ar

Tópicos deste artigo

Resumo sobre hidrodinâmica

  • A hidrodinâmica é uma área da mecânica clássica que estuda os fluidos ideais em movimento.

  • Seus principais conceitos são: vazão mássica, vazão volumétrica, equação da continuidade, e princípio de Bernoulli.

  • Com base na vazão volumétrica, sabemos a quantidade de volume de um fluido que atravessa uma seção reta durante um intervalo de tempo.

  • Com base na vazão mássica, sabemos a quantidade de massa de um fluido que atravessa uma seção reta durante um intervalo de tempo.

  • Com base na equação da continuidade, observamos a influência da área da seção reta na velocidade de escoamento de um fluido ideal.

  • Com base no princípio de Bernoulli, observamos a relação entre a velocidade e a pressão de um fluido ideal.

  • A hidrodinâmica é aplicada na construção de aviões, carros, casas, edifícios, capacetes, torneiras, encanamentos, vaporizadores, tubos de Pitot, e tubos de Venturi.

  • Enquanto a hidrodinâmica é uma área da Física que estuda os fluidos ideais em movimento, a hidrostática é uma área da Física que investiga os fluidos estáticos.

O que é hidrodinânica?

A hidrodinâmica é uma área da Física, especificamente da mecânica clássica, que estuda os fluidos (líquidos e gases) ideais em movimento. Um fluido ideal é aquele que possui: escoamento laminar, em que a intensidade, sentido e direção da sua velocidade em um ponto fixo não se alteram durante o tempo; escoamento incompressível, em que sua massa específica é constante; escoamento não viscoso, apresentando baixa resistência ao escoamento; e escoamento irrotacional, não girando ao redor de um eixo que atravessa o seu centro de massa.

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

Conceitos da hidrodinâmica

Os principais conceitos estudados na hidrodinâmica são vazão mássica, vazão volumétrica, equação da continuidade e princípio de Bernoulli:

  • Vazão volumétrica: é uma grandeza física que pode ser definida como a quantidade de volume de um fluido que atravessa uma seção reta durante um intervalo de tempo. Ela é medida em metros cúbicos por segundo [m3/s] .

  • Vazão mássica: é uma grandeza física que pode ser definida como a quantidade de massa de um fluido que atravessa uma seção reta durante um intervalo de tempo. Ela é medida em [kg/s] .

  • Equação da continuidade: trata da relação entre a velocidade e a área da seção reta, na qual a velocidade de escoamento de um fluido ideal aumenta à medida que se diminui a área da seção reta pela qual ele escoa. Essa equação é exemplificada pela imagem abaixo:

Representação da equação da continuidade, um dos principais conceitos da hidrodinâmica.
Representação da equação da continuidade.
  • Princípio de Bernoulli: trata da relação entre a velocidade e a pressão de um fluido ideal, em que se a velocidade de um fluido torna-se maior, enquanto ele se escoa através de uma linha de fluxo, então a pressão do fluido torna-se menor e vice-versa. Esse princípio é exemplificado pela imagem abaixo:

Representação do princípio de Bernoulli, um dos principais conceitos da hidrodinâmica.
Representação do princípio de Bernoulli.

Fórmulas da hidrodinâmica

→ Fórmula da vazão volumétrica

\(R_v=A\cdot v\)

  • Rv  → vazão volumétrica do fluido, medida em [m3/s] .

  • A  → área da seção de escoamento, medida em metros quadrados [m2].

  • v  →  velocidade média da seção, medida em metros por segundo [m/s].

→ Fórmula da vazão mássica

Quando a densidade do fluido é a mesma em todos os pontos, podemos encontrar a vazão mássica:

\(R_m=\rho\cdot A\cdot v\)

  • Rm  → vazão mássica do fluido, medida em [kg/s] .

  • ρ  → densidade do fluido, medida em [kg/m3].

  • A  → área da seção de escoamento, medida em metros quadrados [m2].

  • v  →  velocidade média da seção, medida em metros por segundo [m/s].

→ Equação da continuidade

\(A_1\cdot v_1=A_2\cdot v_2\)

  • A1  → área da seção de escoamento 1, medida em metros quadrados [m2].

  • v1  → velocidade de escoamento na área 1, medida em metros por segundo [m/s].

  • A2  → área da seção de escoamento 2, medida em metros quadrados [m2].

  • v2  → velocidade de escoamento na área 2, medida em metros por segundo [m/s].

→ Equação de Bernoulli

\(p_1+\frac{\rho\cdot v_1^2}{2}+\rho\cdot g\cdot y_1=p_2+\frac{\rho\cdot v_2^2}{2}+\rho\cdot g\cdot y_2\)

  • p1  → pressão do fluido no ponto 1, medida em Pascal [Pa].

  • p2  → pressão do fluido no ponto 2, medida em Pascal [Pa].

  • v1  → velocidade do fluido no ponto 1, medida em metros por segundo [m/s].

  • v2  → velocidade do fluido no ponto 2, medida em metros por segundo [m/s].

  • y1  → altura fluido no ponto 1, medida em metros [m].

  • y2  → altura fluido no ponto 2, medida em metros [m].

  • ρ  → densidade do fluido, medida em [kg/m3 ].

  • g  → aceleração da gravidade, mede aproximadamente 9,8 m/s2 .

Hidrodinâmica no dia a dia

Os conceitos estudados na hidrodinâmica são amplamente utilizados na construção de aviões, carros, casas, edifícios, capacetes e muito mais.

O estudo da vazão permite fazermos a medição da vazão de água nas residências e nas estações de tratamento industrial, além de avaliações das quantidades de gases industriais e combustíveis.

O estudo do princípio de Bernoulli tem ampla utilização na Física e na engenharia, principalmente na criação dos vaporizadores e dos tubos de Pitot, para medir a velocidade de escoamento do ar; e na criação de tubos de Venturi, para medir a velocidade de escoamento de um líquido dentro de uma tubulação.

Com base no estudo da equação de continuidade, é possível ter compreensão do princípio de funcionamento das torneiras e do porquê, ao por o dedo no orifício de saída da água de uma mangueira, a velocidade da água aumenta.

Diferenças entre hidrodinâmica e hidrostática

A hidrodinâmica e hidrostática são áreas das físicas responsáveis por estudar os fluidos:

  • Hidrodinâmica: área da Física que estuda os fluidos dinâmicos, em movimento. Nela estudamos os conceitos de vazão volumétrica, vazão mássica, equação da continuidade e princípio de Bernoulli.

  • Hidrostática: área da Física que estuda os fluidos estáticos, em repouso. Nela estudamos os conceitos de massa específica, pressão, o princípio de Stevin e sua aplicações, e o teorema de Arquimedes.

Veja também: Cinemática — a área da Física que estuda o movimento dos corpos sem levar em conta a origem do movimento

Exercícios resolvidos sobre hidrodinâmica

Questão 1

(Enem) Para a instalação de um aparelho de ar-condicionado, é sugerido que ele seja colocado na parte superior da parede do cômodo, pois a maioria dos fluidos (líquidos e gases), quando aquecidos, sofrem expansão, tendo sua densidade diminuída e sofrendo um deslocamento ascendente. Por sua vez, quando são resfriados, tornam-se mais densos e sofrem um deslocamento descendente.

A sugestão apresentada no texto minimiza o consumo de energia, porque

A) diminui a umidade do ar dentro do cômodo.

B) aumenta a taxa de condução térmica para fora do cômodo.

C) torna mais fácil o escoamento da água para fora do cômodo.

D) facilita a circulação das correntes de ar frio e quente dentro do cômodo.

E) diminui a taxa de emissão de calor por parte do aparelho para dentro do cômodo.

Resolução:

Alternativa D

A sugestão apresentada no texto diminui o consumo de energia elétrica, já que o ar frio sobe e o ar quente desce, facilitando a circulação das correntes de ar frio e quente dentro do cômodo.

Questão 2

(Unichristus) Uma cisterna com capacidade de 8000 litros está completamente cheia de água. Toda a água dessa cisterna será bombeada para um caminhão-pipa com capacidade de 8000 litros a uma vazão constante de 200 litros/minuto.

O tempo total necessário para retirar toda a água da cisterna para o caminhão-pipa será

A) 50 minutos.

B) 40 minutos.

C) 30 minutos.

D) 20 minutos.

E) 10 minutos.

Resolução:

Alternativa B

Calcularemos o tempo total necessário por meio da fórmula da vazão volumétrica:

\(R_v=A\cdot v\)

\(R_v=A\cdot\frac{x}{t}\)

\(R_v=\frac{V}{t}\)

\(200=\frac{8000}{t}\)

\(t=\frac{8000}{200}\)

\(t=40\ min\)

Fontes

NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Fluidos, Oscilações e Ondas, Calor (vol. 2). 5 ed. São Paulo: Editora Blucher, 2015.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, Ondas e Termodinâmica (vol. 2) 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009.

Escritor do artigo
Escrito por: Pâmella Raphaella Melo Sou uma autora e professora que preza pela simplificação de conceitos físicos, transportando-os para o cotidiano dos estudantes e entusiastas. Sou formada em Licenciatura Plena em Física pela PUC- GO e atualmente curso Engenharia Ambiental e Sanitária pela UFG.

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

MELO, Pâmella Raphaella. "Hidrodinâmica"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/hidrodinamica.htm. Acesso em 21 de maio de 2024.

De estudante para estudante


Lista de exercícios


Exercício 1

(ITA-SP – adaptada) Álcool, cuja densidade de massa é de 0,80 g/cm3, está passando através de um tubo, como mostra a figura.

Ilustração de álcool passando por tubo em questão do ITA sobre hidrodinâmica.

A secção reta do tubo em A é 2 vezes maior do que em B. Em A a velocidade é de \(v_A\ =\ 5,0\ m/s\); a altura, \(h_A=\ 10,0\ m\); e a pressão, \(p_A=\ 7,0\cdot{10}^3\ N/m^2\). Se a altura em B é \(h_B=\ 1,0\ m\), calcule a velocidade e a pressão em B.

a) 3,0 ∙104 N/m2

b) 4,9 ∙104 N/m2

c) 4,9 ∙104 N/m2

d) 4,9 ∙104 N/m2

e) 4,9 ∙104 N/m2

Exercício 2

(UFSM-RS) A figura representa uma tubulação horizontal em que escoa um fluido ideal.

Representação de escoamento de fluido ideal através de tubulação.

A velocidade de escoamento do fluido no ponto 1 em relação à velocidade verificada no ponto 2 e a pressão no ponto 1 em relação à pressão no ponto 2 são:

a) maior, maior

b) maior, menor

c) menor, maior

d) menor, maior

e) menor, menor