Física · 9.ª–12.ª classe

Como calcular a pressão hidrostática?

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  • 4 exemplos resolvidos
  • 5 exercícios com solução
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Resposta curta

A pressão hidrostática é a pressão que um líquido em repouso exerce devido ao seu peso e calcula-se com p = ρ × g × h: massa volúmica do líquido, aceleração da gravidade e profundidade. Em água, 2 m de profundidade dão 1 000 × 10 × 2 = 20 000 Pa. Não depende da forma do recipiente.

Fórmula e significado de cada termo

Pressão hidrostática e pressão total

phidrostática = ρ × g × h ptotal = patmosférica + ρ × g × h

  • ρ: massa volúmica do líquido, em kg/m3 (água: 1 000 kg/m3).
  • g: aceleração da gravidade, 10 m/s2 neste artigo (ou 9,8 m/s2, conforme o enunciado).
  • h: profundidade, em metros, medida na vertical desde a superfície livre do líquido até ao ponto considerado.
  • p: pressão, em pascal (Pa).

De onde vem a fórmula: sobre uma área A, a coluna de líquido de altura h tem volume A × h e massa ρ A h; o seu peso é ρ A h g; dividindo pela área, p = ρ g h.

Condições de aplicação

A fórmula vale para um líquido em repouso e incompressível (massa volúmica constante). Três consequências importantes:

  1. A pressão aumenta com a profundidade, linearmente.
  2. A pressão é a mesma em todos os pontos à mesma profundidade do mesmo líquido, qualquer que seja a forma do recipiente.
  3. Se a superfície do líquido está aberta ao ar, a pressão total num ponto soma a atmosférica (cerca de 101 000 Pa, que se aproxima por 1,0 × 105 Pa) à hidrostática. Muitos problemas pedem só a hidrostática (pressão relativa), por isso leia o enunciado.

Passo a passo

  1. Identifique o líquido e a sua massa volúmica ρ (água: 1 000; óleo: cerca de 800–900; água do mar: cerca de 1 030, valores aproximados).
  2. Determine a profundidade h: distância vertical do ponto à superfície, em metros.
  3. Escolha g (10 m/s2 ou 9,8 m/s2, como indicado).
  4. Calcule p = ρ g h.
  5. Se pedirem pressão total, some a pressão atmosférica.
  6. Se pedirem a força sobre uma superfície, use F = p × A.
  7. Verifique: dobrar a profundidade deve dobrar a pressão hidrostática.

Exemplos resolvidos

Exemplo 1 — Piscina (básico)

Enunciado: Qual é a pressão hidrostática no fundo de uma piscina com 2 m de profundidade (ρ = 1 000 kg/m3, g = 10 m/s2)?

Resolução:

  1. p = ρ g h = 1 000 × 10 × 2 = 20 000 Pa.

Resposta: 20 000 Pa (20 kPa). Verificação: para a água, cada metro acrescenta cerca de 10 000 Pa; 2 m dão 20 000 Pa.

Exemplo 2 — Pressão total

Enunciado: Qual é a pressão total no fundo da mesma piscina? Considere a pressão atmosférica 1,0 × 105 Pa.

Resolução:

  1. ptotal = patm + phidrostática = 100 000 + 20 000 = 120 000 Pa.

Resposta: 120 000 Pa (1,2 × 105 Pa). Verificação: a pressão total é maior do que a atmosférica, como esperado debaixo de água.

Exemplo 3 — Líquido menos denso

Enunciado: Um depósito contém óleo de massa volúmica 800 kg/m3. Qual é a pressão hidrostática a 3 m de profundidade (g = 10 m/s2)?

Resolução:

  1. p = 800 × 10 × 3 = 24 000 Pa.

Resposta: 24 000 Pa. Verificação: com água, a mesma profundidade daria 30 000 Pa; o óleo é menos denso, logo a pressão é menor.

Exemplo 4 — Nível de exame: depósito e força

Enunciado: Um reservatório de água está 6 m acima de uma torneira, num bairro de Luanda. (a) Qual é a pressão hidrostática na torneira? (b) Qual é a força exercida por essa água numa tampa de área 0,01 m2 colocada no lugar da torneira? (c) A que profundidade a pressão hidrostática seria de 50 000 Pa? Use g = 10 m/s2.

Resolução:

  1. (a) p = 1 000 × 10 × 6 = 60 000 Pa.
  2. (b) F = p × A = 60 000 × 0,01 = 600 N.
  3. (c) h = p ÷ (ρ g) = 50 000 ÷ (1 000 × 10) = 50 000 ÷ 10 000 = 5 m.

Resposta: (a) 60 000 Pa; (b) 600 N; (c) 5 m. Verificação: 1 000 × 10 × 5 = 50 000 Pa.

Erros frequentes no cálculo

  • Usar o comprimento do tubo ou o volume do recipiente em vez da profundidade vertical h.
  • Pensar que a forma do recipiente conta. Um tubo fino e um tanque largo, com a mesma altura de água, dão a mesma pressão no fundo.
  • Esquecer de somar a pressão atmosférica quando o enunciado pede a pressão total (ou somá-la quando pede só a hidrostática).
  • Misturar ρ em g/cm3 com g em m/s2. Converta para kg/m3.
  • Medir h a partir do fundo: h é a distância à superfície livre.
  • Confundir pressão com força na parede: F = p × A só vale para pressão uniforme; em paredes verticais a pressão varia com a profundidade.

Exercícios propostos

Tente resolver primeiro no caderno; depois confira.

1Exercício 1

Calcule a pressão hidrostática a 10 m de profundidade, na água (g = 10 m/s2).

Ver solução

p = 1 000 × 10 × 10 = 100 000 Pa.

2Exercício 2

A que profundidade, na água, a pressão hidrostática é de 30 000 Pa (g = 10 m/s2)?

Ver solução

h = 30 000 ÷ (1 000 × 10) = 3 m.

3Exercício 3

Calcule a pressão hidrostática a 100 m de profundidade no mar, onde se considera ρ = 1 030 kg/m3 (valor aproximado) e g = 10 m/s2.

Ver solução

p = 1 030 × 10 × 100 = 1 030 000 Pa (≈ 1,03 × 106 Pa).

4Exercício 4

Num lago, qual é a diferença de pressão entre um ponto a 5 m e outro a 2 m de profundidade (ρ = 1 000 kg/m3, g = 10 m/s2)?

Ver dica

Só conta a diferença de profundidades.

Ver solução

Δh = 5 − 2 = 3 m. Δp = 1 000 × 10 × 3 = 30 000 Pa.

5Exercício 5

Num tubo em U, uma das colunas contém óleo (ρ = 800 kg/m3) com 25 cm de altura acima da superfície de separação com a água, e a outra coluna contém água. Em equilíbrio, qual é a altura da coluna de água acima da mesma superfície de separação?

Ver dica

As pressões hidrostáticas ao nível da superfície de separação são iguais nos dois ramos.

Ver solução

Óleo: 800 × g × 0,25. Água: 1 000 × g × h. Igualando e cortando g: 800 × 0,25 = 1 000 × h → 200 = 1 000 h → h = 0,20 m = 20 cm.

Perguntas frequentes

Qual é a fórmula para calcular pressão hidrostática?

p = ρ g h, com ρ em kg/m3, g em m/s2 e h em metros. O resultado vem em pascal. Para a pressão total, soma-se a atmosférica.

Como verificar se o resultado está correto?

Na água, cada 10 m de profundidade correspondem a cerca de 100 000 Pa de pressão hidrostática (≈ 1 atm). Se o seu valor para 2 m for muito diferente de 20 000 Pa, reveja as unidades.

Porque é que a pressão aumenta com a profundidade?

Porque o ponto suporta o peso de uma coluna de líquido cada vez mais alta por cima. Por isso as paredes de uma barragem são mais espessas junto à base.

Que erros se cometem ao calcular pressão hidrostática?

Usar a forma do recipiente em vez da profundidade, esquecer a atmosférica na pressão total e usar g/cm3 sem converter. Veja a secção de erros frequentes.

Resumo

  • p = ρ g h, em pascal, com h a profundidade vertical desde a superfície livre.
  • Pressão total em recipiente aberto: patm + ρ g h.
  • Aumenta com a profundidade e com a massa volúmica do líquido.
  • Não depende da forma do recipiente nem da quantidade total de líquido.
  • Na água, cada metro acrescenta cerca de 10 000 Pa.

Onde aprofundar

  • O manual de Física da sua classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor.
  • O Sistema Internacional de Unidades, descrito pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM).
  • O manual aberto OpenStax Physics (em inglês), capítulo sobre fluidos em repouso e pressão.

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