Fluidos: características, propriedades, tipos, exemplos

Fluidos: características, propriedades, tipos, exemplos

Os fluidos são meios contínuos cujas moléculas não estão tão ligadas como nos sólidos e, portanto, têm maior mobilidade. Tanto líquidos quanto gases são fluidos e alguns, como ar e 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, no entanto, exibem as características que os fluidos têm, por exemplo, alcatrão. Colocar um tijolo em cima de um grande pedaço de alcatrão mostra que ele afunda pouco a pouco até chegar ao fundo.

Alguns plásticos também parecem sólidos, mas na verdade são fluidos de viscosidade muito alta, capazes de fluir extremamente lentamente.

Características do fluido

Os fluidos são caracterizados principalmente por:

-Tenha uma maior separação entre suas moléculas em comparação com os sólidos. No caso dos líquidos, as moléculas ainda mantêm uma certa coesão, enquanto nos gases elas interagem muito menos.

-Fluxo ou dreno, quando os esforços de corte atuam sobre eles. Os fluidos não resistem ao estresse, portanto, são deformados de forma contínua e permanente quando um é aplicado.

-Adaptação à forma do contêiner que os contém e, se forem gases, eles se expandem imediatamente para cobrir todo o volume do contêiner. Além disso, se puderem, as moléculas escapam rapidamente do recipiente.

-Os gases são facilmente compressíveis, ou seja, seu volume pode ser alterado facilmente. Por outro lado, alterar o volume de um líquido requer mais esforço, e é por isso que eles são considerados incompressíveis em uma ampla gama de pressões e temperaturas.

-Os líquidos têm uma superfície plana e livre quando a pressão que atua sobre eles é constante. À 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 vários conceitos, sendo os principais: densidade, gravidade específica, densidade relativa, pressão, módulo de compressibilidade e viscosidade. Vamos ver o que cada um consiste brevemente.

Densidade

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

Densidade é definida como a razão da massa em relação ao volume. Denotando a densidade com a letra grega ρ, a massa me o volume V:

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ρ = m / V

Quando a densidade varia de um ponto para outro do fluido, a expressão é usada:

ρ = dm / dV

No Sistema Internacional de Unidades, a densidade é medida em kg / m 3 .

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

No entanto, nos líquidos, a densidade permanece quase constante em uma ampla faixa de pressões e temperaturas, embora os gases mudem mais facilmente, pois são mais compressíveis.

Peso específico

O peso específico é definido como a razão 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 do peso específico no Sistema Internacional de Unidades é o newton / m 3 e, em termos de densidade, o peso específico pode ser expresso assim:

γ = ρg

Densidade relativa

Água e ar são os fluidos mais importantes para a vida, portanto servem como um padrão de comparação para outros.

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

Na prática, é calculado fazendo a relação entre a densidade do fluido e que a da água sob estas condições (1 g / cm 3 ou 1000 kg / m 3 ), portanto a densidade relativa é uma quantidade adimensional.

É denotado como ρ r ou sg pelo acrônimo em inglês para gravidade específica , que se traduz como gravidade específica, outro nome pelo qual a densidade relativa é conhecida:

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 maneira, mas, em vez de usar a água como referência, a densidade do ar igual a 1.225 kg / m 3 é usada a 1 pressão atmosférica e 15 ºC.

Pressão

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

P = F / A

Onde F é o componente perpendicular da força, a pressão é de magnitude escalar.

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

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p = dF / dA

A unidade de pressão no SI é o newton / m 2 , chamado pascal e abreviado Pa, em homenagem ao físico francês Blaise Pascal.

No entanto, na prática, muitas outras unidades são usadas, por razões históricas ou geográficas ou também de acordo com o campo de estudo. As unidades do sistema britânico ou imperial são usadas com muita frequência nos países de língua inglesa. A pressão neste sistema usa psi ou libra-força / polegada 2 .

Compressibilidade

Quando uma porção de fluido é submetida a um estresse de volume, ela diminui em certa medida. Essa diminuição é proporcional ao esforço realizado, sendo a constante de proporcionalidade o módulo de compressibilidade ou simplesmente compressibilidade .

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

B = ΔP / (ΔV / V)

A alteração da unidade no volume é adimensional, pois é o quociente entre dois volumes. Dessa maneira, a compressibilidade tem as mesmas unidades de pressão.

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

Viscosidade

Um fluido em movimento pode ser modelado por camadas finas que se movem uma em relação à outra. Viscosidade é o atrito que existe entre eles.

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

Neste modelo, se a força é aplicada à superfície do fluido, a velocidade diminui linearmente nas camadas inferiores até o cancelamento na parte inferior, onde o fluido está em contato com a superfície de 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 da viscosidade dinâmica são Pa. S, mas o equilíbrio , abreviado P, que é equivalente a 0,1 Pa.s, é de uso comum.

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Classificação: tipos de fluidos

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

Fluidos ideais

Sua densidade é constante, é incompressível e não tem viscosidade. Também é irrotacional, ou seja, nenhum turbilhão é formado dentro dele. E, finalmente, é estacionário, o que significa que todas as partículas de fluido que passam por um determinado ponto têm a mesma velocidade

Fluidos reais

Nas camadas de fluidos reais, existem atritos e, portanto, viscosidade, eles também podem ser compressíveis, embora, como 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 eles seguem:

Fluidos newtonianos

Eles cumprem a lei de viscosidade de Newton:

τ = μ (Δv / Δy)

Fluidos não newtonianos

Eles não cumprem a lei da viscosidade de Newton, portanto, seu comportamento é mais complexo. Por sua vez, são classificados em fluidos com viscosidade independente do tempo e aqueles com viscosidade dependente do tempo , ainda mais complexos.

Exemplos de fluidos

Água

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

Plasma sanguíneo

É um bom exemplo de um fluido não newtoniano independente do tempo, especificamente de fluidos pseudoplásticos, nos quais a viscosidade aumenta muito com a tensão de cisalhamento aplicada, mas que, à medida que o gradiente de velocidade aumenta, então pára 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 esse tipo de fluido comece a fluir. Então a viscosidade é mantida constante. Esse tipo de fluido é chamado de fluido Bingham . Pasta de dente e algumas tintas também pertencem a esta categoria.

Asfalto

É um fluido usado para pavimentar estradas e como impermeabilizante. Tem o comportamento de um fluido Bingham.

Hélio superfluido

Falta totalmente viscosidade, mas a temperaturas próximas ao zero absoluto.

Referências

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

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