Líquidos (Física): Definição, Propriedades e Exemplos

O líquido é um dos quatro estados da matéria, sendo os outros sólido, gás e plasma. O estudo da física associada aos líquidos é uma área surpreendentemente grande. Mas quando você considera o quanto da sua vida depende da água fluindo através de canos, ou dos barcos serem capazes de flutuar no oceano, ou mesmo seu xarope de panqueca sendo capaz de fluir corretamente de seu recipiente, é fácil ver por que o estudo e compreensão de líquidos é importante.

Existem quatro estados principais da matéria: estado sólido, estado líquido, estado gasoso e plasma. A matéria pode mudar de um estado para outro dependendo das condições de pressão e temperatura.

Em um sólido, as moléculas do material estão fortemente ligadas e o material mantém sua forma. Em um líquido, as moléculas são menos fortemente ligadas e capazes de deslizar ou fluir umas pelas outras. Em um gás, as moléculas se separam umas das outras. Um gás sempre preencherá o recipiente em que está e pode facilmente expandir e contrair, enquanto líquidos e sólidos não podem (ou pelo menos não na mesma extensão).

Quando um gás se condensa e as moléculas se tornam próximas o suficiente para afetar uma à outra e aderir, ele se transforma em uma forma líquida. Isso geralmente requer resfriamento, o que remove energia do sistema.

Quando algo em uma forma sólida derrete, torna-se um líquido. Isso normalmente requer aquecimento, o que adiciona energia ao sistema. À medida que a temperatura do material aumenta, o movimento molecular aumenta e supera as forças intermoleculares que tentam manter as moléculas rigidamente unidas.

Conforme mencionado anteriormente, o líquido é um estado da matéria. A incompressibilidade de líquidos significa que eles têm um volume fixo (volume definido) e não se expandem ou contraem de forma significativa como um gás pode.

Em um líquido, as moléculas são unidas fracamente por forças coesivas e podem fluir livremente entre si. Os líquidos assumem a forma da parte inferior de qualquer recipiente em que estejam e não mantêm uma forma definida como os sólidos.

Os líquidos são frequentemente categorizados como um fluido, que é um rótulo mais amplo aplicado a líquidos e gases. Um fluido é uma substância que pode fluir, e muitas das leis da física que se aplicam ao fluxo de líquido também se aplicam ao fluxo de gases.

Exemplos de líquidos podem ser encontrados ao seu redor. Aquele com o qual você provavelmente está mais familiarizado é a água porque ela é necessária para a vida e cobre cerca de 71 por cento da superfície da Terra. Como a água está na forma líquida em temperaturas padrão na Terra, acredita-se que essa seja a razão pela qual a vida foi capaz de se formar e florescer aqui.

Existem, é claro, muitas outras substâncias que são líquidas à temperatura ambiente, incluindo álcool, gasolina e até mercúrio.

As substâncias que existem na forma líquida apenas em temperaturas muito mais baixas incluem acetileno, dióxido de carbono, metano e nitrogênio líquido. As substâncias que existem na forma líquida apenas em temperaturas muito mais altas incluem o alumínio e muitos outros metais, carbono, porcelana e areia.

Cristal líquido é um estado da matéria entre o líquido e o sólido. Algumas substâncias têm essencialmente dois pontos de fusão diferentes: um em que se tornam um cristal líquido e outro ponto mais alto em que se tornam um líquido regular. Os cristais líquidos podem fluir como um líquido, mas também exibem simetrias tipicamente associadas aos sólidos cristalinos. Os cristais líquidos são usados ​​em monitores de relógios, calculadoras e TVs.

A pressão é uma medida da força por unidade de área. Em uma substância líquida, todas as moléculas do líquido estão pressionando umas contra as outras e criando um pressão interna. Você pode imaginar as paredes do recipiente sentindo essa força por unidade de área também, e se você fizesse um buraco, a pressão forçaria o líquido a sair.

A pressão em um líquido também é o motivo pelo qual você pode flutuar em uma piscina. A força associada neutraliza a gravidade.

O valor da pressão em um líquido depende da densidade do líquido e da profundidade. A relação é a seguinte:

Onde P é pressão, ρ é densidade, d é profundidade, e g é a aceleração da gravidade.

O fato de que a pressão aumenta com a profundidade é o motivo pelo qual os mergulhadores devem ter cuidado. Eles devem permitir que seus corpos se aclimatem aos aumentos e diminuições de pressão para evitar lesões.

Para líquido em um tubo, as diferenças de pressão ao longo do tubo farão com que o líquido flua. Isso ocorre porque a pressão é essencialmente uma força, e uma força desequilibrada causa mudança no movimento.

Como você provavelmente sabe, alguns objetos flutuam e alguns objetos afundam, e mesmo aqueles que afundam tendem a fazê-lo lentamente. Isso nos diz que deve haver uma força aplicada pelo líquido que contraria a gravidade. Essa força é chamada de força de empuxo. O princípio de Arquimedes descreve o força flutuante em um líquido, isto é, a força que faz os objetos flutuarem.

Arquimedes afirma o valor da força de empuxo de forma muito simples: é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto submerso. Esse peso é facilmente calculado como o produto do volume do objeto (ou da parte do objeto) que está submerso, a densidade do líquido e, g, a aceleração da gravidade.

Uma vez que a força da gravidade em um objeto é o produto de sua massa eg, e sua massa é igual ao produto de seu volume e densidade, é fácil ver que, para flutuar, os objetos devem ser menos densos que agua.

Outra propriedade dos líquidos é a viscosidade. A viscosidade é uma medida de quão fino ou espesso um líquido é ou sua resistência ao fluxo ou aos objetos que passam por ele. Se você comparar o xarope com a água, por exemplo, notará que a água jorra cada vez mais rapidamente do que o xarope espesso. Isso porque o xarope tem uma viscosidade maior. Diz-se que é mais viscoso.

A viscosidade é causada pelo atrito entre as moléculas nas camadas de um fluido em fluxo. Quanto maior for o atrito, maior será a viscosidade. Os fatores que determinam a viscosidade de um líquido incluem temperatura e forma molecular.