1. DENSIDADE E MASSA ESPECÍFICA
Corpos diferentes que ocupam o mesmo volume podem ter pesos diferentes. Uma bola de chumbo pesa mais que uma bolinha de tênis do mesmo tamanho.
Considere uma bola de chumbo de 5 cm3 em sua totalidade e outra bolinha do mesmo tamanho, porém o chumbo só reveste a parte externa (a bola é oca por dentro).
A bola 1 tem massa 56,5 g e a bola 2 tem massa de 10,0 g. A densidade volumétrica (d) é definida como a razão entre a massa (m) e o volume (V) ocupado pelo corpo. Calculando a densidade para as duas bolinhas.
\(d = \frac{m}{V}\)
\({d_1} = \frac{{{m_1}}}{{{V_1}}} = \frac{{56,5}}{5} = 11,3\;\frac{g}{{c{m^3}}}\)
\({d_2} = \frac{{{m_2}}}{{{V_2}}} = \frac{{10,0}}{5} = 2,0\;\frac{g}{{c{m^3}}}\)
A densidade da primeira bola é maior. Apesar das duas ocuparem o mesmo volume, a massa da primeira é maior, pois é totalmente feita chumbo.
A massa específica é uma característica da substância e calcula a relação entre a massa que aquela substancia possui e o volume ocupado. No caso da primeira bolinha, a massa específica do chumbo vale 11,3 g/cm3. No segundo caso, a densidade da bola oca de chumbo é menor que a massa específica do mercúrio. A tabela abaixo mostra a massa especifica de algumas substancias.
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Substância |
Massa específica (g/cm3) |
|
Água |
1,00 |
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Gelo |
0,92 |
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Álcool |
0,79 |
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Ferro |
7,85 |
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Chumbo |
11,3 |
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Mercúrio |
13,6 |
Portanto, a massa específica e a densidade são calculadas aplicando a mesma fórmula: a razão entre a massa e o volume ocupado pelo corpo. Porém, a massa específica é usada para corpos homogêneos e o seu valor depende da pressão e da temperatura.
\(\mu = d = \frac{m}{V}\)
É comum utilizarmos a unidade g/cm3 (grama por centímetro cúbico), porém em algumas situações que envolvem cálculos, é necessário transformar essa unidade para o S.I. Para isso, basta multiplicar o valor da massa específica por 1000.
\(\frac{g}{{c{m^3}}} = \frac{{{{10}^{ – 3}}kg}}{{{{10}^{ – 6}}{m^3}}} = 1.000\frac{{kg}}{{{m^3}}}\)
Portanto, a densidade da água no S.I. é de 1000 kg/m3 (1 g/cm3 x 1000 = 1000 kg/m3).
Outra unidade utilizada é o kg/l (quilograma por litro), onde 1 g/cm3 = 1 kg/l. A água possui massa especifica de 1 kg/l. Um litro de água tem massa de 1 kg. Resumindo:
\(1\frac{g}{{c{m^3}}} = {1.10^3}\frac{{kg}}{{{m^3}}} = 1\frac{{kg}}{l}\)
2. O CONCEITO DE PRESSÃO
A pressão é uma grandeza física que está presente no nosso cotidiano. Vamos imaginar o seguinte experimento: pressione com o seu dedo uma folha de caderno esticada sem rasga-la.
Repita o procedimento com uma tesoura. É provável que a folha rasgue, apesar da força aplicada com a tesoura seja a mesma (ou até menor) do que com o dedo.
Quando você pressiona com o dedo, a área de aplicação da força é maior do que com a tesoura e a pressão é maior. A primeira conclusão é que a pressão é inversamente proporcional a área de aplicação da força.
\(P \approx \frac{1}{A}\)
A pressão é definida como a razão entre a componente da força normal \(\overrightarrow {{F_n}} \) aplicada em uma superfície de área (A). A componente tangencial da força \(\overrightarrow {{F_t}} \;\) é descartada neste cálculo.
\(P = \frac{F}{A}\)
A pressão é uma grandeza escalar e não possui direção e sentido. A unidade no Sistema Internacional de Unidades é o Pascal (Pa).
\(\left| P \right| = \frac{{\left| F \right|}}{{\left| A \right|}} = \frac{N}{{{m^2}}}\)
Existem outras unidades comuns no cotidiano.
- atmosfera (atm) 🡪 1 atm = 1.105 Pa
- mmHg ou cmHg 🡪 1 atm = 760 mmHg ou 76 cmHg (0ºC; nível do mar)
3. PRESSÃO DE UM LÍQUIDO
Quando mergulhamos em uma piscina, já sofremos a ação da pressão atmosférica discutida acima. Conforme descemos, a pressão da coluna de água sobre o corpo do mergulhador aumenta.
Mas quais fatores influenciam na pressão exercida pela água? Observe na figura abaixo um recipiente contem um líquido de massa especifica μ, altura h e a aceleração da gravidade g.
A pressão média da coluna do líquido sobre o fundo do recipiente vale:
\(p = \mu gh\)
A análise da expressão acima permite concluir que a pressão da coluna de um líquido não depende da área da base do recipiente.