Explique a diferença entre líquidos e gases, conforme a Mecânica dos Fluidos.

Passo 1

O enunciado pede para a gente comparar líquidos e gases segundo os conceitos de Mecânica dos Fluidos. Para isso precisamos definir primeiro o que é um fluido, depois ver como cada um se comporta em relação à forma e ao volume, à densidade e à compressibilidade.

Passo 2

Definindo fluido e classificando estados da matéria
Um fluido é um material que não suporta esforços de cisalhamento em repouso, ou seja, sob tensão cortante ele flui. Na Mecânica dos Fluidos a gente costuma dividir em duas categorias principais:
  • Líquido: estado praticamente incompressível, apresenta forma variável (adapta-se ao contêiner) mas volume praticamente constante.
  • Gás: estado compressível, apresenta forma e volume variáveis (preenche todo o volume disponível).

Passo 3

Compressibilidade e módulo volumétrico
A compressibilidade isoterma de um fluido é definida por \displaystyle \beta = -\frac{1}{V}\,\frac{dV}{dp}.
O inverso de \beta é o módulo volumétrico (ou de incompressibilidade) K = \beta^{-1}.
  • Para líquidos típicos K é muito grande 10^8 10^9,Pa), logo \beta é muito pequeno ( \sim10^{-11},Pa ^{-1}.
  • Para gases K é da ordem de 10^5 Pa (à pressão atmosférica), logo \beta é bem maior \sim10^{-5},Pa ^{-1}.
    Isso significa que, sob variações de pressão, o volume de um gás muda muito mais que o de um líquido.

Passo 4

Forma e volume
  • Líquidos têm volume praticamente constante e superfícies livres definidas; dentro de um recipiente eles só mudam de forma, não de volume.
  • Gases não têm superfície livre definida (preenchem todo o volume) e mudam tanto de forma quanto de volume sempre que a pressão ou a temperatura varia.

Passo 5

Densidade e sua variação
  • Densidade típica de um líquido é alta (ex.: \sim10^3,kg/ m^{3}) e varia muito pouco com pressão ou temperatura.
  • Densidade típica de um gás (ex.: ar a 1 atm) é baixa ( \sim1{,}2,kg/ m^{3}) e pode variar fortemente quando mudamos pressão ou temperatura.

Passo 6

Consequências práticas
  • Em líquidos a compressibilidade pode ser desprezada na maioria das aplicações (fluxo incompressível), facilitando a modelagem.
  • Em gases, a compressibilidade é relevante sempre que ocorrem grandes variações de pressão ou velocidades altas (número de Mach M\gtrsim0,3), exigindo tratar o escoamento como compressível.

Resposta

Em Mecânica dos Fluidos, líquidos são quase incompressíveis, têm volume constante e superfície livre, com densidade alta e variação pequena; gases são compressíveis, preenchem totalmente o recipiente, têm densidade baixa que varia muito com pressão e temperatura.

Exercícios relacionados