Vazão, densidade e pressão em Física

Conceito de pressão

Pressão é um conceito bem difundido no dia a dia, principalmente quando se fala de medição da pressão de um corpo para um diagnostico medico ou até quando na utilização de utensílios de cozinha como a panela de pressão. A ideia desse material é demonstrar, na forma matemática, o conceito de pressão. A pressão é uma razão entre a força aplicada em um determinado lugar pela área de aplicação:

A partir dessa formula podemos concluir algumas coisas:

• A pressão e a Força aplicada são grandezas diretamente proporcionais (o aumento de valor de um, aumenta o valor do outro).
• A pressão e a Área aplicada são grandezas inversamente proporcionais (o aumento do valor de um, diminui o valor do outro).

Essas conclusões são bem importantes nas aplicações. Em exemplo disso é a utilização de seringas, onde utilizamos agulhas bem finais para poder penetrar na pele e levar um certo medicamento para o corpo de um paciente.

Pressão atmosférica

Pressão atmosférica, como o próprio nome diz, é a representação do valor da pressão que a atmosfera exerce sobre os corpos na terra. 

Essa pressão é feita a partir da força exercida pela coluna de ar acima de você e podemos relacionar isso da seguinte forma:

• Quanto menor a altitude, maior será a pressão atmosférica exercida (já que temos uma coluna de ar maior exercendo força).
• Quanto maior a altitude, menor será a pressão atmosférica exercida (já que temos uma coluna de ar menor exercendo força).

Esse conceito é importante de ser estudado por que o corpo humano funciona baseado na pressão que é exercido sobre ele, logo, diferenças de pressão proporcional dificuldades em alguns metabolismos. Um exemplo comum disso acontece quando jogadores de futebol jogam em algum campo em altitude mais elevadas. A pressão mais baixa proporciona uma dificuldade na respiração desses jogadores, afetando o desempenho deles em campo (tanto que existe um tempo de adaptação ao ambiente antes dos jogos).

Pressão hidrostática

Da mesma forma que o ar consegue proporcionar uma força atuante, os líquidos também podem. Com isso vem a ideia de pressão hidrostática que, como o próprio nome diz, a pressão que uma coluna de água faz em um corpo que está embaixo. Em casos de rios, lagos e piscinas temos a pressão proporcionada pela a água e a pressão proporcionada pela coluna de ar que está em cima da água. Agora imagine que você está nadando na praia e está na superfície da água, nesse caso é a coluna de ar que está exercendo a pressão e nos denominamos essa pressão como P_atm = 1 atm. Usar a pressão atmosférica como unidade é ótimo parâmetro (já que envolve a pressão que nos naturalmente sentimos) e será utilizada como referencial.

Caso você afunde, ao descer você está colocando uma coluna de água em cima de você, gerando um aumento na pressão exercida sobre seu corpo. Esse aumento funciona da seguinte forma: A cada 10 m que o corpo afunda, acrescentamos 1 atm de pressão (isso funciona no caso da água).

Experimento de Torricelli

O Experimento de Torricelli é uma experiência que tem o objetivo de medir a pressão atmosférica utilizando Mercúrio. Esse experimento consiste em uma bacia cheia de mercúrio, depois ele pegou um tubo de ensaio cheio de mercúrio e colocou de boca para baixo dentro da bacia. Ao fazer isso, notou-se que o mercúrio contido no tubo não desceu por completo, o liquido desceu até certa altura (76 cm). O experimento pode ser visto na imagem abaixo:

Com isso, Torricelli pode concluir que: Se as pressões na bacia e no tubo possuem o mesmo valor. Isso significa que

Com isso, não precisamos medir a pressão a partir de 10 m de coluna de água (o que seria inviável para um experimento). Podemos substituir por uma coluna de 76 cm de mercúrio.

Densidade

O que pesa mais: 1 kg de chumbo ou 1 kg de algodão? O senso comum leva você a responder que o chumbo por ter uma ideia de o chumbo ser um material pesado, mas se estamos falando de 1 km de qualquer material, não importa o material. 1 kg é 1kg. Mas essa indagação é uma boa forma de introduzir o conceito de densidade. Quando se faz essa pergunta, você pensa na forma do 1 kg de chumbo (algo normal de ser em feiras) e na forma de 1 kg de algodão (que provavelmente só a sua imaginação proporciona essa imagem). Essa forma está ligada ao Volume ocupado e essa relação de massa com volume de uma certa substancia que nós chamamos de Densidade. Podemos descrever densidade da seguinte forma:

Isso significa que, na nossa pergunta, o chumbo é bem mais denso que o algodão. Em líquidos, caso um liquido seja mais denso que o outro, ele afunda em relação ao outro. Na imagem abaixo podemos ver diversos líquidos em que os líquidos mais densos ficam embaixo e os menos densos ficam em cima.

Vazão

 “Será que o ar condicionado vai dar vazão para essa sala?” Esse é um tipo de pergunta que se escuta diversas vezes no dia a dia, mas o que é vazão? No caso da pergunta, o senso comum te leva uma ideia de que vazão está relacionado à quantidade por tempo. Essa quantidade pode ser relacionada ao volume, no caso do ar, o volume de ar frio que o aparelho consegue emitir por tempo. Responder que sim significa que o aparelho consegue mandar ar frio de forma e diminuir a temperatura do ambiente como um todo em um tempo suficiente. Matematizando isso, podemos dizer que: