A hidrodinâmica ou dinâmica dos fluidos é o ramo da física que estuda as propriedades do movimento dos fluidos, ou seja, o fluxo de líquidos e gases.
Ela se se refere, sobretudo, às variáveis que atuam sob os líquidos em movimento como força, velocidade e aceleração. Seus cálculos consideram as propriedades do fluido, pressão, densidade e temperatura.
Inicialmente, devido à complexidade de alguns fluidos, a hidrodinâmica trabalhou apenas com fluidos sem atrito, viscosidade, coesão ou elasticidade. Entretanto, a partir da experimentação e com o desenvolvimento de novas fórmulas, passou a trabalhar com equações mais complexas.
A hidrodinâmica se fundamenta em dois princípios: Equação da Continuidade e Equação de Bernoulli, que explicam como as leis de conservação de massa, energia e momento se aplicam aos líquidos.
Alguns conceitos básicos de hidrodinâmica
Ao analisar o movimento dos fluidos é necessário considerar suas características, como pressão, velocidade, temperatura, densidade, bem como observar as características como área, altura e forma do recipiente onde o fluido está armazenado.
Esses aspectos devem ser levados em consideração, pois os fluidos assumem a forma de qualquer recipiente em que estão contidos, portanto, tanto o recipiente como o fluido afetam o escoamento.
Tipos de escoamento
Escoamento incompressível – é o tipo de escoamento no qual o fluido mantém a mesma densidade. O escoamento incompressível é mais comum com o líquido, uma vez que o líquido mantém a mesma densidade independente da mudança de pressão, ao contrário dos gases que alteram sua densidade de acordo com a alteração da pressão.
Escoamento Estacionário – também chamado de escoamento laminar, esse tipo de escoamento é adquirido quando a velocidade de escoamento é pequena, ou seja, quando a velocidade em um local escolhido permanece a mesma.
Exemplo: água de um rio calmo
Escoamento não estacionário – também conhecido como escoamento turbulento, esse tipo de escoamento ocorre quando a velocidade do fluido varia no decorrer do tempo.
Exemplo: quedas d´água de cachoeiras.
Escoamento não viscoso – esse tipo de escoamento é aquele que o fluido não perde energia ao escoar.
É importante ressaltar que a viscosidade do fluido interfere no escoamento.
Vazão
É a quantidade de fluido que passa por um local em função do tempo, ou seja, trata-se da razão entre o volume e o tempo.
A vazão pode ser calculada através da seguinte equação:
Onde:
Q = vazão
V = volume do fluido
t = tempo
Sua unidade no Sistema Internacional de Medidas é m³/s.
Equação da Continuidade
Essa equação diz que quanto menor a seção, maior a velocidade do escoamento do fluido.
A equação da continuidade pode ser representada pela seguinte fórmula:
Velocidade da Pressão
Baseada na equação da continuidade, a definição de velocidade da pressão diz que a velocidade do fluido aumenta ao passar de uma área maior para uma menor. Isso ocorre porque a pressão do fluido na parte larga é maior do que na parte estreita.
Equação de Bernouli
Conhecida como equação fundamental da hidrodinâmica, ela foi desenvolvida com base nos estudos direcionados para a energia de escoamento dos fluidos.
A equação de Bernouli é representada pela fórmula seguinte:
Onde:
p = pressão
dgh = pressão hidrostática
dv/2 = pressão dinâmica
Hidrodinâmica no cotidiano
A aplicação prática da hidrodinâmica pode ser observadas em alguns caso no cotidiano. Veja alguns deles:
- Nos sistemas de irrigação de terra;
- No encanamento;
- Ao utilizar um conta-gotas para remédios;
- Quando um corpo mais denso afunda em um líquido de menor densidade;
- Quando um vento muito forte soprado paralelamente sobre o telhado de uma casa é capaz de levantá-lo;
- Quando a água do chuveiro cai paralelamente à cortina do banheiro faz com que esta seja “puxada” para dentro;
- Quando um ciclista é ultrapassado por um ônibus e sente o ar se deslocando a ponto de ter a sensação que está sendo puxado.