Qual característica uma determinada substância deve apresentar para ser considerada como um fluido?
Passo 1
O enunciado pergunta: “Qual característica uma determinada substância deve apresentar para ser considerada como um fluido?”
Informações dadas: apenas a pergunta em si — não há dados numéricos, figura ou condições adicionais. O que é pedido é uma caracterização qualitativa da propriedade que define um fluido.
Informações dadas: apenas a pergunta em si — não há dados numéricos, figura ou condições adicionais. O que é pedido é uma caracterização qualitativa da propriedade que define um fluido.
Passo 2
Vamos entender o que é uma “tensão de cisalhamento” (ou “tensão cortante”), porque a resposta fala direto nisso. Tensão de cisalhamento é a força tangencial por unidade de área que tenta deslizar uma camada do material sobre outra. Matemáticamente, a tensão de cisalhamento é
onde
é a tensão de cisalhamento,
é a força tangencial aplicada e
é a área sobre a qual essa força atua. Pense: empurrar uma pilha de cartas para fazê-las escorregar — a força que você aplica por unidade de área é a tensão de cisalhamento.
Passo 3
Agora pense na reação do material quando essa tensão é aplicada. Existem dois comportamentos gerais:
- Em um sólido, uma tensão de cisalhamento gera uma deformação que, se a tensão for removida, em grande parte pode desaparecer (elasticidade). O sólido tem resistência a manter sua forma — ele sustenta uma tensão de cisalhamento sem continuar a deformar indefinidamente.
- Em um fluido, a mesma tensão de cisalhamento faz o material continuar a deformar-se com o tempo: ele flui. Ou seja, sob uma tensão cortante constante, a deformação aumenta continuamente (não há um limite elástico que mantenha a forma).
Passo 4
Para tornar isso operacional: a característica-chave de um fluido é não poder sustentar uma tensão de cisalhamento estática. Em termos práticos: qualquer tensão de cisalhamento não nula provoca movimento (deformação que cresce com o tempo). Isso costuma ser dito assim em uma frase curta (útil na prova): “um fluido se deforma continuamente sob ação de uma tensão de cisalhamento”.
Passo 5
Vou dar a fórmula que relaciona tensão de cisalhamento com a taxa de deformação em fluidos newtonianos, que é a família mais simples e comum:
Expliqueando:
é a tensão de cisalhamento (já vista),
é a viscosidade do fluido (uma medida de “resistência ao escoamento”),
é a velocidade na direção do escoamento e
é a coordenada perpendicular às camadas. O termo
é o gradiente de velocidade (taxa de deformação). A equação diz: quanto maior o gradiente de velocidade, maior a tensão; e mesmo com pequena
, haverá uma
não nula — ou seja, fluxo contínuo.
Passo 6
Exemplificando de forma simples: pegue duas placas paralelas com um fluido entre elas. Se a placa de cima se move com força tangencial e a de baixo fica fixa, as camadas de fluido deslizam umas sobre as outras; mesmo que você aplique uma força pequena, o fluido vai escoar (as velocidades das camadas mudam ao longo do tempo). Para um sólido colocado entre as placas, abaixo de certa força ele não escorrega indefinidamente — ele se deforma elasticamente e para.
Passo 7
Observações importantes que podem cair na prova:
- Gases e líquidos são ambos fluidos, pois ambos se deformam continuamente sob tensão cortante.
- “Ser fluido” não significa que seja sempre fácil de escoar: a viscosidade
pode ser grande (mel), mas ainda assim, sob tensão cortante não nula, haverá fluxo. - Existem fluidos não-newtonianos em que a relação entre
e não é linear, mas a característica fundamental (escoamento sob tensão cortante) permanece.
Passo 8
Como responder na prova de forma direta e elegante: use uma frase curta que capture a ideia física essencial. Algo como: “apresentar escoamento contínuo sob tensão cortante — não sustentar tensão de cisalhamento estática.”
Resposta
Apresentar escoamento contínuo quando sujeita a uma tensão de cisalhamento (isto é, não sustentar tensão cortante estática).