Conceito de Mecânica de Fluidos

Daniela Nataly Díaz Zepeda | Janeiro 2024
M.C. em Engenharia e Física Biomédicas

A mecânica dos fluidos é um ramo da física que estuda a resposta dos fluidos às forças externas exercidas sobre eles. Esta subcategoria da mecânica estuda o comportamento dos fluidos em repouso, a estática dos fluidos ou a dinâmica dos fluidos em movimento.

A mecânica dos fluidos é subdividida em muitas especialidades. A hidrodinâmica, por exemplo, estuda o movimento de líquidos incompressíveis, como a água, e este ramo possui uma subdivisão em si chamada hidráulica, que se preocupa em estudar o comportamento do fluxo de líquidos incompressíveis através de canais e sistemas de tubulação. Além disso, existem subdivisões que estudam o comportamento dos fluidos em estado gasoso, como dinâmica dos gases e aerodinâmica, sendo esta última essencial para o desenvolvimento de veículos, desde carros até foguetes.

Para compreender completamente a definição de mecânica dos fluidos, devemos nos referir ao significado de fluido, com este termo nos referimos a um material no estado líquido ou gasoso, que é constantemente deformado sob a ação de uma tensão de cisalhamento ou outra força externa. Um sólido resiste normalmente a uma força de cisalhamento, deformando-se, e em alguns casos, retornando à sua forma original (elástica), porém, um líquido ou um gás não resiste à ação de uma força de cisalhamento que lhe é aplicada, mas sim deforma-se continuamente, por menor que seja esse esforço. Em outras palavras, se a tensão de cisalhamento nunca diminuir, o fluido se deformará por um tempo infinito. Todos esses comportamentos dos estados distintos da matéria que os classificam como sólidos, líquidos ou gases, dependem de sua estrutura e interações moleculares. Líquidos e gases têm interações moleculares mais fracas que os sólidos, o que permite que sejam deformados sob uma força constante, que isto é, a ação de “fluir”.

Uma “tensão de tração” ou simplesmente tensão, é definida como a força aplicada por unidade de área, a componente normal desta força é chamada de “tensão normal”, enquanto a componente tangencial à superfície é chamada de “tensão de cisalhamento”, que é precisamente responsável por deformar continuamente um fluido. Em um fluido estacionário, a tensão normal é chamada de “pressão”. Quando este fluido tenta deformar-se por uma tensão de cisalhamento externa ao recipiente que o contém, as paredes sólidas eliminarão esta tensão; no entanto, se as paredes desaparecerem, a tensão de cisalhamento fará com que o fluido comece a se mover. Num líquido, as moléculas agrupadas podem mover-se dependendo do movimento das moléculas vizinhas, pois, embora as forças intermoleculares sejam muito fracas, existem forças coesivas entre elas que lhes permitem apresentar este comportamento face a uma tensão de cisalhamento. Isto explica em grande parte o comportamento de fluidos, como a água, dentro de diferentes sistemas, tanto em repouso como em movimento.

Exemplos aplicados de Mecânica dos Fluidos

Por mais sofisticado que o termo pareça, esta ciência é aplicada em nossas vidas diárias com mais frequência do que pensamos. Ao utilizar um aspirador para limpar o nosso espaço, estamos a aplicar um produto que foi concebido sob os princípios da mecânica dos fluidos. Ao utilizar a água que emana dos sistemas fluviais, como as canalizações da nossa casa, estamos, inevitavelmente, a usufruir de um serviço que é possível graças à aplicação da mecânica dos fluidos. Até o nosso corpo é objeto de estudo da mecânica dos fluidos, desde os processos fisiológicos que nos permitem respirar, até ao sangue que percorre o nosso sistema circulatório, são processos que se modelam na mecânica dos fluidos.

Se falarmos de questões menos cotidianas, a mecânica dos fluidos é a base para o projeto de múltiplos sistemas de engenharia. O desenho de tecidos e órgãos no ramo biomédico, como corações artificiais ou dispositivos médicos dos quais depende a vida de muitos pacientes, como respiradores artificiais e máquinas de hemodiálise, dependem da dinâmica dos fluidos para funcionar adequadamente. Na indústria de transportes, o projeto de automóveis, ônibus, entre outros veículos, que funcionam com combustível, depende em grande parte da mecânica dos fluidos, tanto no estado líquido quanto no estado gasoso. Aviões, barcos, submarinos, jatos, foguetes, todos esses veículos se movem graças à aplicação desse ramo da física em seu design.

A natureza e seus fenômenos não escapam de serem estudados à lupa da mecânica dos fluidos, a meteorologia pode modelar certos padrões climáticos, especialmente aqueles que têm a ver com o ciclo da água, graças à aplicação da mecânica dos fluidos. Além disso, o comportamento de grandes massas de água, como rios, lagos e oceanos, é descrito sob estes mesmos princípios.

Artigo de: Daniela Nataly Díaz Zepeda. Engenheira Química, M. C. em Engenharia Física Biomédicas. Trabalha no estudo e divulgação científica. Experiência no desenvolvimento de veículos farmacológicos, e atualmente pertence ao grupo de pesquisa em biofotônica. A sua pós-graduação deu-lhe uma formação multidisciplinar em Física, Biologia e Engenharia.

Referencia autoral (APA): Díaz Zepeda, D. N.. (Janeiro 2024). Conceito de Mecânica de Fluidos. Editora Conceitos. Em https://conceitos.com/mecanica-fluidos/. São Paulo, Brasil.

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