Questão 1. O que é um fluido? Como um fluido difere de um solido? Como um gás difere de um líquido?
Passo 1
O exercício pede para a gente entender o que é um fluido, como ele difere de um sólido e, por fim, como um gás difere de um líquido. Isso faz parte dos conceitos iniciais de Mecânica dos Fluidos. Para responder, vamos precisar conhecer:
- A definição de fluido (em termos de comportamento a uma força de cisalhamento).
- A diferença fundamental entre resistência de sólidos versus deformação de fluidos.
- Os principais traços que separam gases de líquidos (compressibilidade, densidade, forças intermoleculares, etc.).
Passo 2
Definindo “fluido” de um jeito bem tranquilo:
Um fluido é toda substância que, quando você aplica uma força de cisalhamento (ou seja, uma força paralela à superfície), não consegue manter essa deformação apenas na forma elástica e volta a forma original — em vez disso, ele continua a se deformar enquanto a força existir.
Matematicamente, se você empurra camadas de um fluido, aparece uma tensão de cisalhamento
,
onde:
• é a tensão de cisalhamento (força por área),
• é a viscosidade (propriedade do fluido),
• é o gradiente de velocidade entre camadas.
Isso mostra que o fluido “escorre” indefinidamente enquanto você continuar aplicando a força.
Um fluido é toda substância que, quando você aplica uma força de cisalhamento (ou seja, uma força paralela à superfície), não consegue manter essa deformação apenas na forma elástica e volta a forma original — em vez disso, ele continua a se deformar enquanto a força existir.
Matematicamente, se você empurra camadas de um fluido, aparece uma tensão de cisalhamento
onde:
•
•
•
Isso mostra que o fluido “escorre” indefinidamente enquanto você continuar aplicando a força.
Passo 3
Como um fluido difere de um sólido?
- Sólidos têm um comportamento elástico até certo limite: quando você aplica uma tensão de cisalhamento
, o sólido deforma mas pára de se deformar assim que a tensão vira constante, e volta ao formato original quando você solta (dentro do regime elástico). Isso segue a Lei de Hooke:
,
ondeé tensão normal, é módulo de elasticidade e é deformação. - Fluidos, por outro lado, não têm esse “teto” elástico: vão continuar a deformar (fluir) enquanto a tensão existir.
Passo 4
Como um gás difere de um líquido?
- Compressibilidade
• Gases são altamente compressíveis: você pode reduzir o volume bem fácil ao aumentar a pressão.
• Líquidos são quase incompressíveis; mesmo sob muita pressão, o volume muda pouquíssimo. - Densidade
• Gases têm densidade baixa (átomos/moléculas muito espaçados).
• Líquidos têm densidade mais alta (moléculas bem juntinhas). - Forças intermoleculares
• No líquido, as moléculas “se agarram” mais (forças de Van der Waals ou ligações de hidrogênio), mantendo o volume definido.
• No gás, as moléculas interagem pouco, se movimentam livremente e preenchem todo o espaço disponível.
Resposta
Um fluido é uma substância que se deforma continuamente sob tensão de cisalhamento (não sustenta essa tensão sem “escorrer”). Diferentemente de um sólido, que aguenta uma certa tensão e volta ao formato original (comportamento elástico), um fluido não recupera forma e continua a fluir. Dentro dos fluidos, um gás se distingue do líquido por ser muito mais compressível, termos densidade muito menor e forças intermoleculares fracas, enquanto o líquido é quase incompressível, mais denso e com moléculas mais “unidas”.