Fluido

Na física, um fluido é um líquido, gás ou outro material que se deforma continuamente (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 resistem a nenhuma 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 maneira semelhante a um sólido quando uma força repentina é aplicada. Substâncias com uma viscosidade muito alta, como o piche, também parecem se comportar como um sólido (veja o experimento de queda do piche). Na física de partículas, o conceito é estendido para incluir outros fluidos além de líquidos ou gases. Um fluido em medicina ou biologia refere-se a qualquer constituinte líquido do corpo (fluido corporal), enquanto "líquido" não é usado neste sentido. Às vezes, os líquidos administrados para reposição de fluidos, seja por bebida ou por injeção, também são chamados de fluidos (por exemplo, "beba muitos líquidos"). Na hidráulica, fluido é um termo que se refere a líquidos com certas propriedades e é mais amplo do que óleos (hidráulicos).

Física

Os fluidos exibem propriedades como:

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

Essas propriedades são tipicamente 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 (veja plasticidade).

Sólidos respondem com forças restauradoras tanto para tensões de cisalhamento quanto para tensões normais - tanto de compressão quanto de tração. Em contraste, os fluidos ideais respondem apenas com forças de restauração das tensões normais, chamadas de pressão: os fluidos podem ser submetidos tanto a tensões compressivas, correspondentes à pressão positiva, quanto a tensões de tração, correspondentes às pressões negativas. Tanto os sólidos quanto os líquidos também têm resistência à tração, que quando excedida nos sólidos torna a 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 que 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 gotas 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 baseadas em:

• continuidade (conservação de massa),
• conservação do ímpeto linear,
• conservação do momentum angular,
• conservação da energia.

O estudo dos fluidos é a mecânica dos fluidos, que se subdivide 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 suas derivadas, os fluidos podem ser caracterizados como um dos seguintes:

• Fluidos newtonianos: onde o estresse é diretamente proporcional à taxa de tensão
• Fluidos não-Newtonianos: onde o estresse não é proporcional à taxa de tensão, seus poderes e derivados mais elevados.

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 velocidade de pressão ou fluxo (isto é, ρ=constante) como água ou óleo.

Fluidos newtonianos e incompressíveis não existem realmente, mas são considerados para assentamento teórico. Os fluidos virtuais que ignoram completamente os efeitos da viscosidade e da compressibilidade são chamados de fluidos perfeitos.