Introdução à Hidrostática

Introdução

A hidrostática é a área da física que estuda os fluidos (principalmente gases e líquidos) em repouso. Nesses estudos estão inclusos as forças exercidas pelos fluidos sobre corpos imersos parcial ou totalmente nesses. Sabendo-se que, por definição, pressão é uma grandeza física dependente da força, é possível calcular a pressão que um líquido exerce sobre um corpo imerso. Ela depende de três variáveis, que são: densidade do líquido (ρ), altura da coluna do líquido sobre o corpo (h) e gravidade local (g). Portanto, a pressão total sobre um determinado corpo que esteja imerso em um líquido é:

Onde é a pressão exercida sobre a coluna de líquido analisada e pode ser, por exemplo, a pressão atmosférica. Outro conceito utilizado no experimento é o de empuxo. Empuxo é a força vertical para cima sofrida por um corpo mergulhado em um líquido. Segundo o Princípio de Arquimedes, “Um corpo, total ou parcialmente imerso num fluido, sofre um empuxo para cima igual ao peso do volume de fluido deslocado”. Tendo essa informação, define-se o empuxo (E) como

onde é a densidade do líquido, g é a gravidade local e V é o volume de líquido deslocado após mergulhar o corpo. Considerando a situação em que apenas o empuxo e a força peso (P) estejam atuando sobre o corpo mergulhado, são possíveis três situações distintas:
I. E > P: com a força resultante possuindo sentido para cima, o corpo subirá até atingir a superfície e parte de seu volume não ficar mais submerso;
II. E = P: a força resultante sobre o corpo será igual a 0 (zero), portanto o corpo estará em equilíbrio metaestável (estado do sistema diferente do estado de equilíbrio mais estável possível);
III. E < P: o corpo tende a afundar, já que a força resultante tem sentido para baixo.
Da situação III, é possível fazer o cálculo da força empuxo de outra maneira, sem o uso das informações sobre o líquido (densidade e volume deslocado) e o local (gravidade). Sabendo-se que o peso aparente do corpo será