Fluido - Fluid

Na física , um fluido é um líquido , gás ou outro material que continuamente se deforma ( flui ) sob uma tensão de cisalhamento aplicada , ou força externa. Eles têm módulo de cisalhamento zero , ou, em termos mais simples, são substâncias que não podem resistir a qualquer força de cisalhamento aplicada a eles.

Embora o termo fluido geralmente inclua as fases líquida e gasosa, sua definição varia entre os ramos da ciência . As definições de sólido também variam e, dependendo do campo, algumas substâncias podem ser fluidas e sólidas. Fluidos viscoelásticos como Silly Putty parecem se comportar de forma semelhante a um sólido quando uma força repentina é aplicada. Também as substâncias com uma viscosidade muito alta , como o pitch, parecem se comportar como um sólido (veja o experimento de queda do pitch ). Na física de partículas , o conceito é estendido para incluir outras matérias fluidas além de líquidos ou gases. Um fluido em medicina ou biologia se refere a qualquer constituinte líquido do corpo ( fluido corporal ), enquanto "líquido" não é usado neste sentido. Às vezes, os líquidos dados para reposição de líquidos , seja por bebida ou por injeção, também são chamados de líquidos (por exemplo, "beba muitos líquidos"). Em hidráulica , fluido é um termo que se refere a líquidos com certas propriedades e é mais amplo do que óleos (hidráulicos).

Física

Propriedades de exibição de fluidos, como:

  • falta de resistência à deformação permanente, resistindo apenas às taxas relativas de deformação de forma dissipativa e friccional, e
  • a capacidade de fluir (também descrita como a capacidade de assumir a forma do recipiente).

Essas propriedades são normalmente uma função de sua incapacidade de suportar uma tensão de cisalhamento em equilíbrio estático . Em contraste, os sólidos respondem ao cisalhamento com uma força de restauração semelhante a uma mola , o que significa que as deformações são reversíveis, ou requerem uma certa tensão inicial antes de se deformarem (ver plasticidade ).

Os sólidos respondem com forças restauradoras tanto às tensões de cisalhamento quanto às tensões normais - tanto de compressão quanto de tração . Em contraste, os fluidos ideais apenas respondem com forças restauradoras às tensões normais, chamadas de pressão : os fluidos podem ser submetidos tanto a tensões compressivas, correspondendo à pressão positiva, quanto às tensões de tração, correspondendo à pressão negativa . Tanto os sólidos quanto os líquidos também têm resistência à tração, que quando excedida nos sólidos causa deformação e fratura irreversíveis , e nos líquidos causa o início da cavitação .

Tanto os sólidos quanto os líquidos têm superfícies livres, que custam uma certa quantidade de energia livre para se formar. No caso dos sólidos, a quantidade de energia livre para formar uma determinada unidade de área superficial é chamada de energia superficial , enquanto para os líquidos a mesma quantidade é chamada de tensão superficial . A capacidade dos líquidos de fluir resulta em um comportamento diferente em resposta à tensão superficial do que nos sólidos, embora em equilíbrio ambos tentem minimizar sua energia superficial : os líquidos tendem a formar gotículas arredondadas , enquanto os sólidos puros tendem a formar cristais . Os gases não têm superfícies livres e se difundem livremente .

Modelagem

Em um sólido, a tensão de cisalhamento é uma função da deformação , mas em um fluido, a tensão de cisalhamento é uma função da taxa de deformação . Uma consequência desse comportamento é a lei de Pascal, que descreve o papel da pressão na caracterização do estado de um fluido.

O comportamento dos fluidos pode ser descrito pelas equações de Navier-Stokes - um conjunto de equações diferenciais parciais que são baseadas em:

O estudo dos fluidos é a mecânica dos fluidos , que é subdividida em dinâmica dos fluidos e estática dos fluidos, dependendo se o fluido está em movimento.

Classificação de fluidos

Dependendo da relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação e seus derivados , os fluidos podem ser caracterizados como um dos seguintes:

  • Fluidos Newtonianos : onde o estresse é diretamente proporcional à taxa de deformação
  • Fluidos não Newtonianos : onde a tensão não é proporcional à taxa de deformação, seus poderes superiores e derivados.

Os fluidos newtonianos seguem a lei da viscosidade de Newton e podem ser chamados de fluidos viscosos .

Os fluidos podem ser classificados por sua compressibilidade:

  • Fluido compressível: Um fluido que causa redução de volume ou mudança de densidade quando a pressão é aplicada ao fluido ou quando o fluido se torna supersônico.
  • Fluido incompressível: Um fluido que não varia em volume com mudanças na pressão ou velocidade de fluxo (ou seja, ρ = constante), como água ou óleo.

Os fluidos newtonianos e incompressíveis não existem de fato, mas supõe-se que sejam para fixação teórica. Os fluidos virtuais que ignoram completamente os efeitos da viscosidade e compressibilidade são chamados de fluidos perfeitos .

Veja também

Referências

  • Bird, Robert Byron; Stewart, Warren E .; Lightfoot, Edward N. (2007). Fenômenos de transporte . Nova York: Wiley, segunda edição revisada. p. 912. ISBN 978-0-471-41077-5.