Pressão, em física, é a força dividida pela unidade de área. Força, por sua vez, é massa vezes aceleração. Isso explica por que um aventureiro de inverno fica mais seguro em gelo de espessura duvidosa se deitar na superfície do que em pé; a força que ele exerce sobre o gelo (sua massa vezes a aceleração para baixo devido à gravidade) é a mesma em ambos os casos, mas se ele for deitado, em vez de ficar em pé sobre os dois pés, esta força é distribuída por uma área maior, diminuindo assim a pressão colocada no gelo.
O exemplo acima lida com pressão estática - ou seja, nada neste "problema" está se movendo (e espero que continue assim!). A pressão dinâmica é diferente, envolvendo o movimento de objetos através de fluidos - isto é, líquidos ou gases - ou o próprio fluxo de fluidos.
A Equação Geral de Pressão
Conforme observado, a pressão é a força dividida pela área e a força é a massa vezes a aceleração. Missa (m), no entanto, também pode ser escrito como o produto da densidade (ρ) e volume (V), uma vez que a densidade é apenas a massa dividida pelo volume. Isto é, uma vez que:
\ rho = \ frac {m} {V} \ text {então} = m = \ rho V
Além disso, para figuras geométricas regulares, o volume dividido pela área simplesmente resulta na altura.
Isso significa que para, digamos, uma coluna de fluido em um cilindro, a pressão (P) pode ser expresso nas seguintes unidades padrão:
P = {mg \ acima {1pt} A} = {ρVg \ acima {1pt} A} = ρg {V \ acima {1pt} A} = ρgh
Aqui,hé a profundidade abaixo da superfície do fluido. Isso revela que a pressão em qualquer profundidade de fluido não depende de quanto fluido existe; você pode estar em um pequeno tanque ou no oceano, e a pressão depende apenas da profundidade.
Pressão Dinâmica
Os fluidos obviamente não ficam apenas em tanques; eles se movem, muitas vezes sendo bombeados através de canos para ir de um lugar para outro. Os fluidos em movimento exercem pressão sobre os objetos dentro deles, assim como os fluidos em pé, mas as variáveis mudam.
Você deve ter ouvido que a energia total de um objeto é a soma de sua energia cinética (a energia de seu movimento) e seu potencial energia (a energia que ele "armazena" no carregamento da mola ou estando muito acima do solo), e que este total permanece constante no fechamento sistemas. Da mesma forma, a pressão total de um fluido é sua pressão estática, dada pela expressãoρghderivado acima, adicionado à sua pressão dinâmica, dada pela expressão (1/2)ρv2.
A Equação de Bernoulli
A seção acima é uma derivação de uma equação crítica em física, com implicações para qualquer coisa que se move através de um fluido ou experimenta o próprio fluxo, incluindo aeronave, água em um sistema de encanamento ou baseballs. Formalmente, é
P_ {total} = ρgh + {1 \ acima {1pt} 2} ρv ^ 2
Isso significa que se um fluido entra em um sistema através de um tubo com uma determinada largura e altura e sai do sistema através de um tubo com largura e altura diferentes, a pressão total do sistema ainda pode permanecer constante.
Esta equação se baseia em uma série de suposições: Que a densidade do fluidoρnão muda, esse fluxo de fluido é estável e esse atrito não é um fator. Mesmo com essas restrições, a equação é extraordinariamente útil. Por exemplo, a partir da equação de Bernoulli, você pode determinar que quando a água sai de um duto que tem um diâmetro menor do que seu ponto de entrada, a água estará viajando mais rápido (o que é provavelmente intuitivo; rios demonstram maior velocidade ao passar por canais estreitos) e sua pressão na velocidade mais alta será menor (o que provavelmente não é intuitivo). Esses resultados decorrem da variação da equação
P_1 - P_2 = {1 \ acima de {1pt} 2} ρ ({v_2} ^ 2 - {v_1} ^ 2)
Assim, se os termos são positivos e a velocidade de saída é maior do que a velocidade de entrada (ou seja,v2 > v1), a pressão de saída deve ser inferior à pressão de entrada (ou seja,P2 < P1).