Que a pressão no interior de um líquido aumenta com a profundidade.       

       Analisar o princípio de Stevin.

       Avaliar a pressão em pontos de um fluido em equilíbrio estático.

       Relacionar pressão no interior de um fluido com a sua massa específica.

Conceito de Pressão, Densidade e Leis de Newton.

Atividade I

        Sugerimos que o professor na medida do possível inicie sua aula apresentando um filme sobre nado livre de profundidade. Um desses filmes é uma entrevista apresentada pelo esporte espetacular, programa da rede globo, ele se encontra disponível na internet, com o seguinte título e endereço:

Apnéia Avançada: Esporte Espetacular!!!!

 http://www.youtube.com/watch?v=JxtY3dvERCw&feature=related  

         Não sendo possível a apresentação do filme, mostre um esquema ou figura como no desenho abaixo representado na Figura 01.

http://www.feridologo.com.br/images/snorkeling.jpg  

          Em seguida faça a seguinte pergunta para a turma: Sem proteções especiais para o corpo, uma pessoa usando apenas um aparelho para respirar dentro da água, mergulhando num lago profundo ou no mar de águas profundas, será capaz de atingir até que profundidade? Após uma pequena pausa para que os alunos se manifestem, faça alguns comentários próprios se necessário, mas evite responder diretamente a questão. Faça uso da Figura 02 abaixo para mostrar a diferença da pressão entre dois pontos de um líquido. O esquema da Figura 02 consiste de um recipiente cheio de um líquido qualquer, em azul, água, por exemplo. Suponha que o cilindro dentro do líquido seja apenas imaginário cujo conteúdo é o próprio líquido, representado no esquema. Pergunte para a turma:

         Usando a definição de pressão, qual o valor da pressão que este cilindro líquido exerce sobre sua base?

         Deverão responder que será o peso do cilindro dividido pela área da base.

         Se não conseguirem encontrar a resposta, o professor então deverá fornecer uma ajuda, argumentando sobre a força que o cilindro exerce em sua base é seu peso que de acordo com a segunda lei de Newton, é (p = mg), sendo m a massa do cilindro e g a aceleração local da gravidade.

         A partir dessa informação, voltando a figura mostre que nela o cilindro tem altura igual a H e peça que considerem a área da base do cilindro de A. Pergunte então; qual o volume do cilindro?

          Deverão saber que o volume (V) de um cilindro cuja área da base é A equivale ao produto da área pela altura: V = AH.

          Se não souberem a resposta, peça a eles que usando a definição de massa específica (d) encontre a massa do cilindro em função de d, A e H, e com a massa encontrada determine o peso do cilindro. Usando o peso do cilindro deverão encontrar o valor da pressão que ele exerce em sua base, dividindo o peso do cilindro pela área de sua base.

Atividade II

           Nesse momento da aula, o professor então voltando a atenção para a figura deve mostrar que a pressão encontrada equivale a pressão exercida apenas pelo cilindro formado entre dois níveis no interior do líquido; pontos na parte superior e na parte inferior do cilindro, não considerando o peso do líquido acima do cilindro, resultando que a pressão P encontrada é na verdade a diferença de pressão nos pontos superior e inferior do cilindro, P = P₂ – P₁. Portanto, P₂ – P₁ = dgH. O professor deve informar que essa expressão, destaque em negrito acima, corresponde ao Princípio de Stevin.

           Essa demonstração está contida na Figura 02 à direita do esquema. Aconselha-se que esse quadro fique oculto durante a primeira apresentação da figura até que os alunos desenvolvam os passos propostos acima.

Atividade III       

          O professor poderá mostrar o esquema da Figura 03 e argumentar com a turma que a partir da expressão de Stevin, pode-se concluir que: pontos num mesmo nível de um mesmo líquido estão submetidos a uma mesma pressão. Por esse motivo, o nível do líquido em vasos comunicantes é o mesmo em todos os vasos, independente de seu formato. A Figura 03 esquematiza um líquido, em azul, contido em quatro vasos de formato diferentes e que se comunica entre si através da base. Nota-se que o nível do líquido é o mesmo em todos os vasos.

         Uma aplicação prática desse princípio é o uso de indicador do nível em líquidos contidos em tanques opacos. Consiste de um tubo transparente disposto verticalmente de tal modo que suas extremidades são conectadas respectivamente na base e na parte superior do tanque onde está armazenado um líquido qualquer. Para saber o nível do líquido no tanque é só observar o nível no tubo.

         Agora, considerando a Figura 03, pergunte aos alunos: qual é a pressão na superfície de cada um dos vasos desta figura?  Os vasos estão abertos, logo a pressão na superfície é a pressão atmosférica.

         Atividade IV

           Na Figura 04 apresentamos um tubo em U onde são colocados três líquidos (1, 2 e 3) não miscíveis, de densidades diferentes, d₁, d₂ e d₃ respectivamente. Tomando dois pontos de um mesmo nível do liquido (2), como esses pontos tem mesma pressão, pois estão em um mesmo nível de um mesmo líquido, pode-se escrever que: d₁gH₁ = d₂gH₂ + d₃gH₃ que são as pressões exercida nesses pontos a esquerda pelo líquido (1) e na direita pelo líquido (3) e pela coluna de altura H₂ do líquido (2).

        Obs. As pressões nas superfícies dos líquidos (1) e (3) é a pressão atmosférica, não foram consideradas porque são parcelas iguais que aparecem nos dois membros, já foram simplificadas, veja na Figura 04.

        A Figura 05 consiste de um balão cheio com um gás e munido de um tubo em U contendo uma coluna de mercúrio (H_g). O tubo em U é um manômetro de mercúrio usado para medir a pressão do gás no interior do balão. Na superfície de H_g, aberta, atua a pressão atmosférica e na outra superfície atua a pressão do gás. Tomando os dois pontos A e B na figura, mesmo nível do mercúrio, P_A = P_B. Então: P_gás =  P_atm +  d_Hg.H.g, em que d_Hg é a massa específica do mercúrio, g a aceleração da gravidade local e H é o desnível da coluna de mercúrio.

         Crie situações envolvendo o conteúdo de pressão hidrostática e elabore questões para serem avaliadas e discutidas com a turma, como as sugeridas a seguir:

        _ Sendo 1,0 g/cm³ a massa específica da água de um lago e 1,0.10⁵ N/m² a pressão atmosférica no local, qual a  pressão total num ponto do lago a 5,0 m de profundidade? Use a aceleração da gravidade local igual a 10 m/s².

       _ Se na Figura 05 o valor de H for igual a 15 cm e a pressão atmosférica local igual a 1,0.10⁵ N/m², qual o valor da pressão do gás no interior do balão? A densidade absoluta do mercúrio é 13,6 g/cm³, use g igual a 10 m/s².

       _ O professor ainda poderá exibir um vídeo sobre uma animação que se encontra na internet com o título e endereço abaixo:

    Pressão Hidrostática dos Líquidos

 http://www.youtube.com/watch?v=DZwRr0UZoVg&feature=related 

       Sugerimos que o professor veja e se for possível apresente para a turma a animação que se encontra disponível na internet, no portal do professor sobre Empuxo, Princípio de Pascal e Princípio de Stevin no endereço a seguir:

 Experimentando a hidrostática

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnica.html?id=925  

           Sugerimos também os filmes descritos abaixo, disponíveis na internet. São filmes sobre hidrostática, com boa didática, ilustrativos e com uma duração razoavelmente curta. Sem dúvida vai enriquecer ainda mais sua aula.

Telecurso 2000 2º Grau - Física - Aula 19 (2 de 2): 6 min e 57 s

 http://www.youtube.com/watch?v=laa6ZQgnalQ&feature=related   

        O outro vídeo é sobre exibições de ensaios experimentais dos fenômenos hidrostáticos envolvendo as leis da hidrostática, muito interessantes.

 Hidrostática / Fluid statics: 4 mim e 48 s

http://www.youtube.com/watch?v=GDW3E7SjSKc&NR=1 

        Os dois exercícios após a Figura 05 são suficientes para avaliar o aprendizado da turma ao longo da aula, mas o professor ainda poderá pedir uma complementação da aula orientando aos alunos para fazerem uma pesquisa sobre, Evangelista Torricelli, e a partir dos resultados de Torricelli calcular a pressão atmosférica por ele encontrada, em N/m², e comparar as unidades: cm de H_g,, atmosfera e N/m².

       Aproveitando o assunto, o professor pode pedir também que pesquisem e expliquem a diferença entre barômetro e manômetro.