Força sobre paredes laterais

Prof. Luiz Ferraz Netto [Léo]
leobarretos@uol.com.br

Apresentação
Considere um recipiente contendo um líquido e, destaquemos em sua parede lateral uma pequena região. 
A pressão em 'x', centro da pequena superfície lateral de área A, banhada pelo líquido de massa específica d é dada por:

P_x = P_B + d.g.h

sendo P_x = F_t / A , pomos                               F_t / A = P_B + d.g.h           ou,

F_t = P_B.A + d.g.h.A

A parcela F_e = d.g.h.A traduz a intensidade da força efetivamente aplicada pelo líquido sobre a porção A da parede lateral. Essa intensidade F_e pode ser reescrita assim:

F_e = d.g.h.A = d.V.g = m.g

Desse modo, essa força traduz o peso de uma coluna líquida, de base A e altura h (distância de 'x' --- centro de gravidade de A --- até a superfície livre).

Experiência 1: Há um modo prático de se medir a pressão sobre as paredes laterais. Para tanto, atente para a montagem a seguir:

Nesta montagem, o mercúrio contido no tubo em U, estará no mesmo nível (aa´) nos dois ramos, quando o frasco (garrafa) está vazio. Colocando-se água pelo funil ligado ao tubo T, à medida que a água sobe, o mercúrio tende a descer no ramo menor do tubo em U (o nível fica abaixo de aa´). Todavia, vertendo-se mais mercúrio pelo funil ligado ao tubo T`, força-se o mercúrio a subir neste ramo menor até chegar novamente ao nível aa´. A altura a´b´, acima de aa´, mede a pressão lateral. Ora, essa coluna é equilibrante da coluna ab de água; tudo se passa como se fosse um só tubo em U com mercúrio e água. A forma da garrafa e o funil ligado ao tubo T não afetam a medição.

Experiência 2: Na parede lateral de uma pequena garrafa plástica (pichulinha), faz-se um orifício (a) bem fino (1 a 2 mm de diâmetro). Esse garrafinha, cheia de água, comunica-se, mediante um tubo de borracha (sorinho), com uma garrafa maior, também cheia de água. Fecha-se o orifício a com o dedo e ergue-se a garrafa maior até certa altura; destapa-se o o orifício, produzindo-se um jato de água.
Verifica-se que a veia líquida sai em direção perpendicular à parede da garrafinha, qualquer que seja a orientação da parede, conforme se ilustra em (B) e (C). A força de pressão que faz o jato sair é, pois, perpendicular à parede, dirigida de dentro para fora.

Observação: Os sólidos exercem somente pressões verticais, pelo seu próprio peso, devido à coesão de suas moléculas. Os líquidos e os gases exercem pressões em todas as direções, devido à sua fluidez. Os corpos sólidos no estado ´pulverulento´ (areia, farinha, terrenos fofos, etc.) cuja coesão é fraca, exercem também pressões laterais sobre as paredes que o encerram.

Para evidenciar dinamicamente a existência dessa força F_e - força de pressão - (e conseqüentemente, a pressão na parede lateral) propomos duas montagens, ilustradas a seguir:

A pressão sobre a parede lateral no flutuador e na garrafa suspensa, assim como a terceira lei de Newton, explicam os movimentos adquiridos pelos sistemas móveis.