Como a pressão se relaciona com o fluxo do fluido?

A aviação moderna seria impossível sem uma análise aerodinâmica baseada nos princípios fundamentais da mecânica dos fluidos. Embora "fluido" geralmente seja sinônimo de "líquido" na linguagem coloquial, o conceito científico de fluido se aplica tanto a gases quanto a líquidos. A característica definidora dos fluidos é a tendência de fluir - ou, em linguagem técnica, de se deformar continuamente - sob estresse. O conceito de pressão está intimamente relacionado às características importantes de um fluido que flui.

A definição técnica de pressão é a força por unidade de área. A pressão pode ser mais significativa do que as quantidades relacionadas, como massa ou força, porque as consequências práticas de vários cenários geralmente dependem principalmente da pressão. Por exemplo, se você usar a ponta do dedo para aplicar uma leve força descendente em um pepino, nada acontecerá. Se você aplicar a mesma força com a lâmina de uma faca afiada, cortará o pepino. A força é a mesma, mas o gume da lâmina tem uma área de superfície muito menor e, portanto, a força por unidade de área - em outras palavras, a pressão - é muito maior.

A pressão se aplica a fluidos e objetos sólidos. Você pode entender a pressão de um fluido visualizando a água fluindo por uma mangueira. O fluido em movimento exerce uma força nas paredes internas da mangueira, e a pressão do fluido é equivalente a essa força dividida pela área da superfície interna da mangueira em um determinado ponto.

Se a pressão é igual à força dividida pela área, a pressão também é igual à força vezes a distância dividida pela área vezes a distância: FD / AD = P. A área vezes a distância equivale ao volume, e a força vezes a distância é a fórmula do trabalho, que nesta situação equivale à energia. Assim, a pressão de um fluido também pode ser definida como densidade de energia: a energia total do fluido dividida pelo volume em que o fluido está fluindo. Para o caso simplificado de um fluido que não muda de elevação à medida que flui, a energia total é a soma da energia da pressão e da energia cinética das moléculas do fluido em movimento.

A relação fundamental entre a pressão e a velocidade do fluido é capturada na equação de Bernoulli, que afirma que a energia total de um fluido em movimento é conservada. Em outras palavras, a soma da energia devido à pressão e energia cinética permanece constante mesmo quando o volume do fluxo muda. Aplicando a equação de Bernoulli, você pode demonstrar que a pressão realmente diminui quando o fluido está passando por uma constrição. A energia total antes da constrição e durante a constrição deve ser a mesma. De acordo com a conservação da massa, a velocidade do fluido deve aumentar no volume constrito e, assim, a energia cinética também aumenta. A energia total não pode mudar, então a pressão deve diminuir para equilibrar o aumento da energia cinética.