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Pressão da água

Em uma usina hidrelétrica, a água represada no reservatório passa por turbinas que, ao se movimentarem, produzem energia. Essa energia é convertida em energia elétrica nos geradores e fica disponível para o consumo. Para que as turbinas se movimentem, a água precisa passar com velocidade.

Para responder a essas e a outras perguntas, vamos estudar a pressão da água.

PRESSÃO E FORÇA: QUAL E A DIFERENÇA?

No seu dia a dia você já deve ter ouvido e utilizado as palavras força e  pressão. Quando você se apoia em uma parede utilizando a mão aberta, você está aplicando uma força sobre a parede. Essa força não está distribuída por toda a parede, mas apenas na área em que sua mão está em contato com ela.

A relação entre a força e a área (superfície) na qual a força está sendo aplicada é chamada de pressão. Portanto, uma força de mesma intensidade pode provocar diferentes pressões, dependendo da área na qual ela está sendo aplicada.

Você pode verificar facilmente a diferença entre pressão e força segurando um lápis. Ao apertá-lo entre os dedos, você estará exercendo uma força sobre todo o lápis. Porém, você vai perceber uma dor maior no dedo onde está a ponta afiada. Isso significa que, quanto menor a superfície de contato (parte apontada do lápis), maior será a pressão.

A pressão nos líquidos

A-pressão-nos-líquidosE no caso dos líquidos, como compreender os efeitos da pressão? Observe a fotografia ao lado. Nesse modelo, utilizando uma garrafa PET usada para refrigerantes, vemos que, quanto menor a altura da coluna de água dentro da garrafa, menor é a intensidade com que o jato de água sai da garrafa.

A pressão da água no nível do orifício depende da altura da coluna de água sobre ele: quanto maior a altura da coluna de liquido, maior será a pressão exercida. O alcance do jato de água vai diminuindo à medida que a altura da coluna de água vai diminuindo.

Os efeitos da pressão nos líquidos estão relacionados, por exemplo, com a construção de submarinos e com a construção de barragens de represas.

Como os submarinos se deslocam em diferentes profundidades nos mares e oceanos, é preciso que sejam construídos de modo a suportar grandes pressões de água. Por isso são construídos com estruturas altamente resistentes.

As barragens das represas têm paredes mais largas na parte de baixo do que na parte de cima; a parte de baixo é projetada para suportar maiores pressões.

grossura parede de uma represa

Pressão em todas as direções

Se você encaixar uma mangueira com vários furos em uma torneira aberta, verá que se formam vários jatos de água. Esse fato mostra que a água exerce pressão em todas as direções.

VIVENDO SOB ALTAS PRESSÕES

No fundo do oceano, onde a luz do Sol não chega e a temperatura média é de 2 °C, vivem os chamados seres vivos abissais.

Entre eles, existem peixes com aspectos diferentes, que fascinam os cientistas por sua capacidade de adaptar-se a pressões praticamente insuportáveis a outros seres vivos. Uma explicação para o fato de eles sobreviverem sob altas pressões sem serem esmagados é que a água no interior de seu organismo exerce pressão de dentro para fora, de forma a equilibrar a pressão exercida pela água do mar.

Diferenças de pressão

Observe, na ilustração abaixo, dois tubos (A e B) ligados entre si e a válvula que permite a comunicação entre eles.

Valvula a e B

Com a válvula fechada, você pode observar que, no tubo A, a altura da coluna de água em relação ao fundo do tubo é maior que no tubo B. Portanto, a pressão que a água exerce na válvula, no lado do tubo, é maior do que a pressão que ela exerce no lado B.

Veja o que acontece ao abrirmos a válvula. Uma parte da água passa do tubo para o tubo B, até que o nível da água fique igual nos dois tubos.

Isso pode ser explicado pela diferença de pressão exercida pela água, nos dois tubos, sobre a válvula. Ao abrirmos a válvula, a água do tubo A, que exercia maior pressão, empurra a água do tubo B, que exercia menor pressão. A água se movimenta de maneira que, no final, seu nível seja o mesmo nos dois tubos. Quando isso ocorre, a pressão no fundo dos dois tubos passa a ser a mesma.

Esse fenômeno ocorre sempre que houver tubos de quaisquer formas e tamanhos interligados. Se você colocar um líquido em um dos tubos, ele irá se distribuir por todos os outros, atingindo o mesmo nível. Esse é o princípio dos vasos comunicantes.

Nivelamento da água

 A DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA NAS CIDADES

Os reservatórios de água (caixas-d’água) de uma cidade estão interligados por meio de canos com as caixas-d’água de nossas casas, formando um sistema de vasos comunicantes.

Esses reservatórios devem estar localizados em regiões mais altas em relação às tubulações e às caixas-d’água dos imóveis, para permitir, por diferença de pressão, a distribuição da água.

A empresa responsável pelo sistema de águas e esgotos da cidade instala as tubulações que distribuem a água. 0 proprietário do imóvel fica com a responsabilidade de completar a tubulação restante no interior da residência, por exemplo. A água que vem do reservatório geralmente vai para uma caixa-d’água que se situa em um local mais alto da casa, próximo do telhado.

O esquema a seguir mostra, de forma simplificada, como funciona o princípio dos vasos comunicantes entre um reservatório de água e torneiras localizadas em diferentes alturas.

vasos comunicantes

Na mangueira do jardim e no apartamento 1, a água jorra com mais intensidade devido à maior diferença de pressão. No apartamento 2, como a diferença de pressão é menor, a água sai da torneira com menor intensidade. Pelo princípio dos vasos comunicantes, podemos entender por que a água não chega à torneira do apartamento 3.

No caso de alguns prédios, a água que vem da rua é armazenada em um reservatório subterrâneo chamado cisterna. Em seguida, ela é bombeada para outro reservatório, situado no alto do prédio para, a partir daí, ser distribuída para os apartamentos.

Os líquidos transmitem pressão

Pela ilustração ao lado, podemos perceber que um peso colocado sobre o êmbolo menor é capaz de sustentar dois pesos iguais a ele colocados sobre o êmbolo maior. Como isso acontece?

Quando colocamos um peso sobre o êmbolo menor, ele exerce uma pressão sobre a água que é transmitida para o outro êmbolo. Como a área do êmbolo maior é o dobro da área do menor, para que eles se mantenham no mesmo nível, devemos colocar dois pesos sobre o êmbolo maior.

Este fato é conhecido como princípio de Pascalcujo enunciado está abaixo.

“A pressão exercida sobre um líquido contido em um recipiente fechado é transmitida para todos os pontos do líquido.”

O que equivale a dizer que qualquer líquido transmite integralmente a todos os pontos a pressão exercida sobre ele.

A compreensão do princípio dos vasos comunicantes e do princípio de Pascal é importante para entender como a água circula nas tubulações de uma cidade e chega às nossas casas.

PASCAL

Filósofo, matemático, físico e escritor, o francês Blaise Pascal (1623-1662) contribuiu com numerosos tratados científicos. Entre eles, desenvolveu pesquisas sobre a dinâmica dos líquidos em diferentes situações.

Em 1648, Pascal publicou uma importante descoberta que ficou conhecida como princípio de Pascal: “A pressão aplicada a um fluido contido em um recipiente é transmitida integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes do recipiente que o contém”. Esse princípio pode ser aplicado em diversas situações e possibilitou a invenção das chamadas máquinas hidráulicas, entre as quais podemos citar os freios de automóvel. Simplificadamente, quando o motorista pisa no pedal, o óleo de freio é pressionado dentro de um cilindro que percorre todo o automóvel até a roda. A pressão exercida pelo óleo de freio faz com que as lonas encostem na roda, diminuindo a velocidade do carro.

A CAMA DE PREGOS DO FAQUIR

A força exercida pelo corpo do faquir ao deitar sobre uma cama de pregos distribui-se por toda a superfície do corpo apoiada nos pregos, diminuindo a pressão em todos os pontos de apoio.

Se o faquir ou qualquer outra pessoa se deitasse sobre um único prego, a pressão seria tão grande que ele furaria o seu corpo. Lembre que um faquir é uma pessoa treinada para realizar esse tipo de procedimento.

Generalizando, podemos afirmar que, para uma mesma força, quanto menor a superfície onde ela é aplicada, maior será a pressão.

A diferença entre pressão e força fica ainda mais evidente se procurarmos a resposta para outra pergunta: por que os pregos têm pontas?

Quando damos uma martelada na extremidade achatada do prego, a força é transmitida para a outra extremidade (ponta do prego), que apresenta uma área menor. Assim, na ponta do prego a pressão é maior, o que facilita sua entrada na madeira. Entretanto, se fizermos o contrário, ou seja, se a martelada for dada com a mesma força na ponta do prego, a força será transmitida para a extremidade achatada do prego, que tem área maior. Nesse caso. a pressão sobre a madeira será menor e o prego não entrará.

É importante perceber que, embora forças de mesma intensidade tenham sido aplicadas nas duas extremidades do prego, as pressões foram diferentes.

Existem muitas situações em que é possível verificar os efeitos da pressão. Por exemplo, tesouras e facas, depois de algum tempo de uso, perdem “o poder de corte”, precisando ser amoladas. Amolar uma faca significa diminuir sua área de corte para, assim, aumentar a pressão sobre o objeto a ser cortado.

Resumo da aula Pressão da água

  • A diferença entre pressão e força aplicada.
  • A relação da pressão com a altura de uma coluna de água.
  • O princípio dos vasos comunicantes.
  • O sistema de distribuição de água em uma cidade.

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