Hidrostática: estudo de fluidos em repouso.

- Fluido: substância que pode escoar; se adapta ao contorno de qualquer recipiente que o contém. Na definição mais formal, fluido é uma substância que não suporta uma tensão de cisalhamento, ou seja, ele se deformará continuamente sob a ação de uma força cisalhante. Os líquidos e os gases são classificados como fluidos.

Pressão em fluidos

Pressão em um ponto qualquer é a relação entre a força normal (dF), exercida sobre uma área elementar (dA) ...

A pressão em um fluido estático varia com a posição vertical, devido ao seu peso. Por exemplo, a pressão num lago ou oceano aumenta quando a profundidade aumenta, enquanto que a pressão da atmosfera diminui com o aumento da altura.
Num líquido como a água, cuja densidade é constante (numa ampla faixa de ressões), a pressão cresce linearmente com a profundidade. Na figura a seguir, consideramos uma coluna de líquido de altura h e de área da seção transversal A. A pressão no fundo da coluna deve ser maior que a pressão no topo da coluna, a fim de suportar o peso da coluna.

Barômetro de mercúrio: Barômetro é um dispositivo para medir pressão atmosférica.

Manômetro de Bourdon: O manômetro de Bourdon é utilizado para medir pressão de gases e líquidos.

Vasos Comunicantes: 
Se recipientes de formatos diferentes estiverem interligados e contendo um líquido, o nível atingido pelo líquido será igual em todos os recipientes, não importando o seu formato.

Prensa hidráulica ou elevador hidráulico:
A figura a seguir mostra um dispositivo chamado de prensa hidráulica ou elevador hidráulico, que utiliza o princípio de Pascal para ampliar forças.

Hidrodinâmica

Os fluidos (líquidos ou gases) em movimento são muito mais complexos do que os fluidos em repouso. A descrição de um fluido em movimento envolve o conhecimento da velocidade vetorial do fluido, da pressão e da densidade, em todos os pontos. Um escoamento é chamado de estacionário quando a pressão, a densidade e a velocidade vetorial do fluido não variam com o tempo em um
determinado ponto, embora possam variar com a posição no fluido. Quando alguma dessas grandezas variarem com o tempo, o escoamento é chamado de turbulento. Como a análise de um escoamento turbulento é muito complexa, nosso estudo se restringirá ao fluxo não-turbulento (laminar) e a condições estacionárias.
- Escoamento laminar: escoamento no qual as camadas adjacentes do fluido "deslizam" suavemente uma sobre as outras.
- Escoamento turbulento: escoamento com velocidades suficientemente elevadas ou com mudanças bruscas na velocidade, onde o módulo e direção dessa velocidade, em um determinado ponto, varia com o tempo. Isto significa que o fluxo é irregular e não há a configuração estacionária.
- Linha de fluxo (ou linha de corrente): é uma linha que mostra como as partículas do fluido se movem. Ela é traçada de modo que a tangente em cada ponto esteja na direção do vetor velocidade do fluido (figura a seguir).

Equação de Bernoulli (Conservação da Energia)

No tubo de fluxo (figura a seguir), aplicaremos a conservação da energia, ou seja, nenhum trabalho é realizado por forças não-conservativas ...

No estrangulamento, a área é reduzida de A1 para A2 e a velocidade cresce de v1 para v2. Note que, no estrangulamento, onde a velocidade é máxima, a pressão deve ser mínima. Como previsto pela equação de Bernoulli. Isto é razoável, uma vez que a diferença de pressão está no sentido correto para acelerar o fluido, ou seja, uma partícula de fluido que penetra, pela esquerda, na região do estrangulamento, será acelerada para a direita pela diferença de pressão entre o tubo e o estrangulamento ...

Tubo de Pitot (ou tubo de Prandtl): éum dispositivo utilizado para medir a velocidade de escoamento de um gás ...

Viscosidade

Em geral, as forças não-conservativas em um fluido não podem ser desprezadas, como foi considerado na equação de Bernoulli. Tais forças dissipam a energia mecânica do fluido em energia interna do mesmo. Um fluido com tais forças dissipativas é chamado de viscoso. Se a viscosidade de um fluido não é desprezível, então, a energia mecânica não é conservada, e a equação de Bernoulli não é mais válida. A viscosidade pode descrita como o atrito interno em um fluido. Todos os fluidos reais são viscosos e esta característica tem uma influência muito grande em seu movimento, por exemplo, quando um fluido viscoso escoa em um tubo horizontal uniforme, a pressão decresce à medida que se avança no sentido do escoamento, conforme mostra a figura a seguir ...

Podemos utilizar o arranjo da figura a seguir para estudar a viscosidade de fluidos. A placa superior é deslocada a uma velocidade baixa, constante, através do topo do fluido. Experimentos mostram que, para a maioria dos fluidos, a velocidade do fluido em pontos entre as duas placas da figura varia linearmente com a distância em relação à placa móvel. Fluidos para os quais a componente horizontal da força necessária para mover a placa é proporcional à velocidade da placa chamam-se
fluidos newtonianos. Água e ar são exemplos de fluidos quase newtonianos. Certos plásticos e suspensões, tais como sangue e mistura de água e argila, são exemplos de fluidos não-newtonianos, nos quais o módulo da força necessária para mover a placa poderia ser proporcional ao quadrado da velocidade. Para altas velocidades, o fluxo torna-se turbulento ...

Lei de Poiseuille

Pela natureza geral dos efeitos viscosos, a velocidade de um fluido viscoso que escoa através de um tubo não será constante em todos os pontos de uma seção transversal do tubo. A camada mais externa do fluido adere às paredes e sua velocidade é nula. As paredes exercem, sobre ela, uma força para trás e esta, por sua vez, exerce uma força na camada seguinte na mesma direção e assim por
diante. Se a velocidade não for muito grande, o escoamento será laminar, a velocidade atingirá um máximo no centro do tubo, decrescendo para zero nas paredes ...

Lei de Stokes

A força viscosa (força de arraste) sobre uma esfera de raio r, se movendo com velocidade v, em um fluido, é dada por ...

Número de Reynolds

Quando a velocidade de um fluido que escoa em um tubo excede um certo valor crítico (que depende das propriedades do fluido e do diâmetro do tubo) a natureza do escoamento torna-se extremamente complicada. Dentro de uma camada extremamente fina, adjacente às paredes, denominada camada limite, o escoamento ainda é laminar. A velocidade de escoamento na camada limite é nula nas paredes do tubo, crescendo uniformemente através dela. As propriedades desta camada são da maior importância para se determinar a resistência ao escoamento e a transferência de calor para o fluido em movimento ou proveniente dele.
Fora desta camada limite, o movimento é altamente irregular. Desenvolvem-se no fluido, ao acaso, correntes circulares locais, chamadas vórtices, com um grande aumento na resistência ao escoamento. Este tipo de escoamento é chamado turbulento.