Pressão: Como a pressão em um líquido está relacionada à profundidade? (explicado com diagrama)
Você pode ter ouvido a palavra 'pressão' sendo usada na conversa. O que exatamente é pressão? Como isso está relacionado à força? As atividades a seguir ajudarão você a entender isso.
Tente cortar uma maçã com a ponta cega de uma faca. Use toda a força que puder. É fácil? Agora corte com a borda afiada. Observe o quanto é mais fácil ou o fato de que você precisa usar muito menos força. Encontre um alfinete comum e tente perfurar um feixe (6 ou 7 folhas) de papéis com ele. Em seguida, use um alfinete com um ponto afiado para fazer a mesma coisa. Qual é mais fácil?
Pressione a ponta romba do lápis na palma da sua mão. Agora use a mesma força para pressionar a ponta afiada da palma da sua mão. Que dói mais?
Por que é mais fácil furar um maço de papéis com um alfinete afiado do que com um alfinete sem corte? A ponta do pino afiado tem uma área muito menor do que a do pino romba. Suponha que a área da ponta afiada seja a e que a ponta sem corte seja 10a. A força (F) que você aplica está concentrada na pequena área da ponta afiada, enquanto se divide na área maior da ponta romba. A força por unidade de área atuando sobre o papel sob a ponta afiada é F / a, enquanto que sob a ponta romba é F / (10a). Como F / a é dez vezes maior que F / (10a), o pino afiado passa através do feixe de papéis mais facilmente.
A quantidade F / a, ou a força por unidade de área, é chamada de pressão.
Pressão = força / área
A unidade de pressão do SI é o metro quadrado de Newton (N / m 2 ):
Assim, se uma força de 10 N atua em uma área de 1 m 2, a pressão seria de 10 N / m 2 .
Exemplos diários :
Então, agora você sabe por que as arestas de corte de implementos como lâminas, machados e facas são feitas afiadas e porque pinos e agulhas têm pontas afiadas. No entanto, assim como é desejável aumentar a pressão em algumas situações, é necessário reduzi-la em outras. Imagine o que aconteceria se alguém que usasse stilettos tentasse andar na areia ou na neve. O peso de todo o corpo agindo em uma pequena área daria origem a uma alta pressão, fazendo o pé afundar na areia ou na neve.
É por isso que os esquis são longos e planos - aumentando a área sobre a qual o peso do corpo atua reduzem a pressão, ajudando o esquiador a deslizar sobre a neve. Da mesma forma, o fato de os camelos terem pés grandes os ajuda a andar sobre a areia. Você consegue adivinhar por que dói andar sobre pedras ou cascalho e por que os carregadores colocam um rolo de pano em suas cabeças?
Pressão exercida por líquidos:
Você leu que o peso de um corpo é a força com a qual a terra o atrai. Um líquido também tem massa e é atraído pela força da gravidade. Esse peso, ou força, atua para baixo na base do recipiente que contém o líquido. Assim, a pressão exercida na base do contêiner é o peso do líquido dividido pela área da base. A atividade seguinte lhe dará uma idéia melhor da pressão exercida por um líquido.
Perfure quatro buracos ao lado de uma garrafa de plástico (ou jarra). Cole uma tira de fita adesiva sobre os orifícios e encha a garrafa (ou jarra) com água. Coloque a garrafa na borda de uma mesa, com uma vasilha no chão abaixo dela. Retire a fita e observe os quatro jatos de água saindo da garrafa (ou frasco). O jato do buraco mais baixo viajará mais longe. Se você fizer os quatro furos na mesma altura, os quatro jatos percorrerão a mesma distância do contêiner.
O jato de água do orifício mais baixo percorre o ponto mais distante porque a pressão exercida pela coluna de água é a mais alta neste momento. Da distância percorrida pelos quatro jatos, você deve ser capaz de adivinhar que a pressão exercida pela água aumenta à medida que a profundidade aumenta.
Se você pudesse imaginar que a garrafa tem bases falsas nos quatro níveis, A, B, C e D (sendo a base A a mais alta), você perceberia que o peso da água atuando na base A é muito menor do que aquele que age na base. B e assim por diante. Quando você faz quatro furos no mesmo nível de uma garrafa, os jatos percorrem a mesma distância porque um líquido exerce a mesma pressão em todas as direções a uma determinada profundidade.
As duas coisas que você precisa lembrar sobre a pressão exercida por um líquido são as seguintes:
1. A pressão exercida por um líquido aumenta com a profundidade.
2. Um líquido exerce a mesma pressão em todas as direções a uma determinada profundidade.
Medindo a pressão do líquido:
Um manômetro é um instrumento usado para medir diferenças de pressão. Você pode fazer um manômetro simples e usá-lo para ver como a pressão de um líquido muda com a profundidade. Conserte um tubo em U (você terá que comprar um, ou pedir emprestado a um de seu laboratório) em uma placa como mostrado na Figura 8.13 (a) e encher a metade dele com água. Você verá que o nível da água é o mesmo em ambos os braços do tubo em U. Este é o seu manômetro. Deslize uma extremidade de um tubo de borracha de 1 m em uma extremidade do tubo em U e conecte um funil à outra extremidade do tubo de borracha.
Estique um balão fino sobre a boca do funil e fixe-o com fio ou elástico. Se você pressionar o balão esticado com um dedo, o nível de água no braço A do tubo em U cairá e o nível no braço B aumentará, como mostrado na Figura 8.13 (b). A diferença nas alturas da água nos dois braços é uma medida da pressão que você está aplicando com o dedo.
Em seguida, abaixe o funil lentamente em um balde de água, como mostrado na Figura 8.13 (c). A diferença entre as alturas de água nos dois braços do seu manômetro aumentará à medida que o funil penetra mais fundo no balde de água. Isso mostra que a pressão aumenta com a profundidade de um líquido.
Se você dobrar o tubo de borracha de forma que a face do funil esteja na vertical, conforme mostrado na Figura 8.13 (d), e girá-lo no mesmo nível de água, a pressão indicada pelo seu manômetro permanecerá estável. Isso mostra que, a uma dada profundidade, a pressão em um líquido é a mesma em todas as direções.
Pressão atmosférica:
Você sabe que estamos cercados por um manto de ar. Este ar tem massa e é atraído pela força da gravidade. Então, esse ar não exerce pressão? Sim, como mostra a atividade a seguir. Encha metade de uma lata metálica vazia (você pode usar uma lata de refrigerante) com água.
Aqueça até a água ferver. Retire a lata da chama e feche bem a tampa. (No caso de você usar uma lata de refrigerante, você pode usar fita adesiva para selar a abertura.) Coloque a lata em uma torneira e gire a torneira (tenha cuidado ao manusear a lata quente). Quando a lata esfria, ela é esmagada. Se o aquecimento de uma lata for problemático, coloque água quente em uma garrafa plástica e aperte a tampa. Em seguida, despeje a água gelada sobre a garrafa. A garrafa será esmagada.
Por que a lata (ou garrafa) é esmagada? Porque primeiro, o vapor da água fervente expele o ar. Então, quando você fechar a tampa e esfriar a lata (ou garrafa), o vapor se condensa, deixando o espaço vazio. A pressão do ar, que você normalmente não sente, age em todos os lados da lata e faz com que ela desmorone.
Por que um vazio não pode entrar normalmente? Porque está cheio de ar e a pressão do ar na superfície externa da lata é equilibrada pela pressão do ar em sua superfície interna. E por que você não sente o peso de várias centenas de quilos de ar empurrando você (o peso deste ar é aproximadamente igual ao de um elefante)? Isso ocorre porque a pressão dentro do seu corpo é igual à pressão exercida pelo ar na superfície externa do seu corpo.
Vamos considerar mais alguns exemplos. Por que você acha que um balão explode quando muito ar é bombeado para ele? À medida que você bombeia ar para dentro de um balão, a pressão interna (atuando na parede do balão) aumenta. Isso faz com que o balão aumente em tamanho ou volume. Então chega um ponto em que o material do balão não pode mais se alongar. Se você aumentar ainda mais a pressão bombeando mais ar, o balão explode.
Tente empurrar um copo vazio (ou caneca) em um balde de água. Você sente uma resistência? É a pressão exercida pelo ar preso dentro do copo (ou caneca). Surpreenda seus amigos com essas atividades e tente explicá-las. Veja as Figuras 8.15 e 8.16 para sugestões.
1. Encha um copo com água e cubra-o com um descanso. Inverta o vidro. A montanha-russa permanecerá presa ao vidro e a água não será derramada.
2. Perfure um orifício perto do fundo de uma lata vazia e cubra o orifício com fita adesiva. Encha a lata com água Estique um balão sobre a boca da lata. Segure a lata sobre uma pia e tire a fita que cobre o buraco. Quando a água sai do buraco, o balão é empurrado para dentro da lata.
