O que é pressão?

A pressão é definida como a razão entre a força e a área, ou seja, a pressão exercida por uma força normal e uniforme, aplicada sobre uma superfície plana, é dada pela divisão entre a força e a área da superfície. Assim, a pressão é inversamente proporcional à área e diretamente proporcional à força aplicada.

Partindo dessa definição geral, é possível encontrar a lei de Stevin, que determina o valor da pressão hidrostática de um fluido, que vai depender da sua massa específica, gravidade e profundidade. A pressão total em um determinado ponto de um fluido, em um recipiente aberto, é dada pela soma entre a pressão atmosférica (a pressão exercida pelo ar da Terra) e a pressão hidrostática do fluido.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre pressão
• 2 - Quais são os tipos de pressão?
  • Pressão de uma força aplicada
  • Pressão hidrostática
  • Pressão atmosférica
  • Pressão total
• 3 - Fórmulas de pressão
• 4 - Unidades de pressão
• 5 - Pressão no cotidiano
  • Pressão no lápis
  • Pressão em uma faca amolada
  • Pressão hidrostática nas fossas abissais
  • Caminhar na neve sem afundar
• 6 - Exercícios resolvidos sobre pressão

Resumo sobre pressão

• A pressão exercida por uma força uniforme e perpendicular sobre uma superfície é definida como a razão entre a força e a área da superfície.
• A pressão hidrostática de um fluido é dada pela lei de Stevin e depende da massa específica do fluido, da gravidade local e da sua profundidade.
• A pressão atmosférica é a pressão exercida pelos gases presentes na atmosfera terrestre.
• Torricelli constatou que a pressão atmosférica corresponde à pressão de uma coluna de mercúrio com 76 cm de altura.
• Fórmula da pressão de uma força aplicada a uma superfície: \(P = \frac{F}{A}\).
• Fórmula da pressão hidrostática: \(P_h=\mu \cdot g \cdot h\).
• Pressão atmosférica no nível do mar: P_atm = 1 atm = 76cmHg = 760mmHg
• Pressão total: \(P_t=P_{atm} + \mu \cdot g \cdot h\)
• No SI, a unidade de medida da pressão é o pascal (Pa), que corresponde ao newton por metro quadrado (N/m²).

Quais são os tipos de pressão?

• Pressão de uma força aplicada

De modo geral, a definição de pressão parte de considerar uma força uniforme qualquer aplicada perpendicularmente sobre uma superfície plana com uma determinada área. A pressão exercida por essa força é dada pela razão entre a força e a área.

Isso significa que a pressão é diretamente proporcional à força aplicada e inversamente proporcional à área de contato. Assim, quanto maior a força, maior a pressão; porém, quanto maior a área, menor será a pressão. Vejamos como exemplo um tijolo em cima de uma esponja, de duas diferentes formas:

Quando apoiamos a área menor do tijolo, a esponja afunda bastante. Por outro lado, quando apoiamos o mesmo tijolo com a sua maior área, a esponja afunda bem menos. Note que, nas duas situações, a força é a mesma: a força peso do tijolo. A diferença está na área de contato. Quando a área de contato é menor, a pressão exercida acaba sendo maior.

• Pressão hidrostática

O valor da pressão hidrostática é dada pela lei de Stevin, a qual define que a pressão exercida por um fluido (líquido ou gás) em equilíbrio, dentro de um recipiente, depende da massa específica do fluido, da aceleração da gravidade local e da altura da coluna do fluido (profundidade). Assim, quanto mais fundo no fluido, maior será a pressão hidrostática. Vejamos como exemplo um tanque cheio de água, com três buracos, sendo um mais profundo que o outro:

No buraco com menor profundidade, teremos uma pressão hidrostática fraca, que resultará em um jato de água também fraco. No buraco com profundidade intermediária, teremos uma pressão hidrostática um pouco maior, resultando em um jato de água, também, um pouco mais forte. E, por fim, temos o buraco com a maior profundidade, onde teremos a maior pressão hidrostática, que resultará no jato mais forte dentre os três. Ou seja, percebemos experimentalmente que, quanto maior a profundidade, maior a pressão hidrostática.

Repare como essa constatação faz todo o sentido com a definição inicial de pressão, visto que, quanto maior a profundidade, maior a quantidade de água em cima de nós, e assim, maior a força peso. Pela definição de pressão, quanto maior a força, maior a pressão.

• Pressão atmosférica

O ar atmosférico do planeta Terra é composto, principalmente, pelos gases nitrogênio (78%) e oxigênio (21%) e por pequenas quantidades de outros gases, como gás carbônico, vapor d’água e monóxido de carbono, que exercem uma pressão sobre a superfície da Terra. Essa pressão é denominada pressão atmosférica e depende da altitude local, de maneira que, à medida que nos afastamos da superfície, o ar se torna cada vez mais rarefeito, portanto, exercendo uma pressão cada vez menor.

A medida da pressão atmosférica foi feita no século XVII pelo físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647). Ele constatou que a pressão exercida pela atmosfera correspondia à pressão de uma coluna de mercúrio (Hg) com 76 cm de altura. Portanto, a pressão atmosférica no nível do mar é de 76 cmHg ou 760 mmHg, equivalente à 1 atm.

• Pressão total

A pressão total ou pressão absoluta num determinado ponto de um fluido, em um recipiente aberto e a uma certa profundidade, é dada pela soma entre a pressão atmosférica local e a pressão hidrostática do fluido.

Veja também: Qual a relação entre pressão, fluido e vasos comunicantes?

Fórmulas de pressão

• Fórmula da pressão de uma força aplicada: sendo F a força aplicada perpendicularmente sobre uma superfície com área A, a pressão P é dada pela fórmula:

\(P = \frac{F}{A}\)

• Fórmula da pressão hidrostática: sendo μ a massa específica do fluido, g a aceleração da gravidade local e h a altura da coluna do fluido, a pressão hidrostática P_h é dada por:

\(P_h=\mu \cdot g \cdot h\)

• Fórmula da pressão atmosférica: no nível do mar (altitude nula), a pressão atmosférica P_atm é dada por:

P_atm = 1 atm = 76cmHg = 760mmHg

• Fórmula da pressão total: a pressão total Pt é dada pela soma:

\(P_t=P_{atm} + \mu \cdot g \cdot h\)

Unidades de pressão

No SI (Sistema Internacional de Unidades), a unidade de pressão é o pascal Pa, que corresponde ao newton por metro quadrado (N/m²). Separamos a seguir uma tabela que apresenta as diferentes unidades de pressão e suas relações com o pascal:

Pressão no cotidiano

• Pressão no lápis

Pegue um lápis e aplique uma leve força com os dedos nos dois lados do lápis, na ponta e na base, como na seguinte figura:

Você perceberá que o lado da ponta vai causar um maior incômodo que o lado da base. Isso se deve ao fato de que a ponta possui uma área de contato muito menor que a base do lápis. Por possuir essa área menor, a pressão será maior na ponta, devido à relação inversamente proporcional entre pressão e área.

• Pressão em uma faca amolada

Você já deve ter notado que uma faca amolada (afiada) faz um corte mais fácil nos alimentos. O segredo está no fato da pressão ser inversamente proporcional à área de contato, pois, quando afiamos a faca, estamos diminuindo a sua área de contato com o alimento, resultando em uma maior pressão, mesmo que apliquemos a mesma força. Assim, a ideia é que a faca fique mais “fina” para aumentar a pressão aplicada sobre o alimento.

• Pressão hidrostática nas fossas abissais

As fossas abissais (ou oceânicas) são as regiões mais profundas dos oceanos. A mais profunda delas é a fossa das Marianas, com uma profundidade de 10.984m.

Como vimos pela lei de Stevin, a pressão hidrostática depende diretamente da profundidade. Isso significa que, no fundo da fossa das Marianas, existe uma pressão hidrostática de cerca de 1.000 vezes a pressão atmosférica no nível do mar. A pressão nessa região é tão alta que o ser humano implodiria imediatamente se fosse teletransportado para tal local.

Surpreendentemente, existem seres vivos que habitam essas regiões, são os chamados peixes abissais. Esses peixes evoluíram ao ponto de seus órgãos aplicarem uma pressão interna igual à pressão hidrostática das fossas abissais. Isso significa que se um peixe abissal for levado ao nível do mar, ele provavelmente morrerá por uma expansão dos gases internos, devido a sua altíssima pressão interna comparada à pressão atmosférica.

• Caminhar na neve sem afundar

Para caminhar na neve sem afundar, podemos utilizar sapatos para neve como os da imagem acima. Com eles, o peso de quem caminha fica distribuído sobre uma área maior que a área dos pés, diminuindo a pressão exercida sobre o solo.

Saiba mais: Como funciona uma panela de pressão?

Exercícios resolvidos sobre pressão

Questão 1. (UFR-RJ) O impacto de uma partícula de lixo que atinge a nave espacial Colúmbia produz uma pressão da ordem de 100 N/cm². Nessas condições e tendo a partícula 2cm², a nave sofre uma força de:

A) 100N

B) 200N

C) 400N

D) 800N

E) 1.600N

Resolução: Alternativa B

Usando a fórmula da pressão:

\(P=\frac{F}{A}\)

Isolando a força:

\(F=P\cdot A\\ F= 100\cdot 2\\ F = 200N\)

Questão 2: (Osec-SP) Três pessoas, A, B e C, de mesmo peso, mas alturas diferentes, usam: A, o mais baixo, patins para gelo; B, o de altura intermediária, patins normais com rodas; e C, o mais alto, sapato de couro normal. Qual deles exerce maior pressão sobre o solo?

Resolução:

Como as três pessoas têm o mesmo peso, a maior pressão exercida é pela pessoa que tiver a menor área de contato com o solo, ou seja, a pessoa A, com os patins para gelo.

Fontes

CARRON, Wilson; GUIMARÃES, Osvaldo. As faces da física (vol. único). 1. ed. Moderna, 1997.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: Gravitação, ondas e termodinâmica (vol. 2). 9 ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2012.