O que é um equilíbrio hidrostático?
Se uma pessoa quisesse saber quanto ouro ou outros metais menos valiosos havia em uma coroa, como Arquimedes sabia, seria necessário entender o princípio do equilíbrio hidrostático ou equilíbrio hidrostático; isso pode ser feito com a ajuda de um equipamento de laboratório que compartilha o nome - uma balança hidrostática. Essencialmente, este dispositivo faz medições de peso de uma substância ou objeto, como uma pedra preciosa ou um fluido. Faz isso comparando o peso do objeto suspenso no ar e novamente na água, onde, como sabem os nadadores, os objetos parecem muito mais leves; isso se deve ao impulso ascendente que a água coloca sobre um objeto, que também pode deslocar a água de seu recipiente. O equipamento que mede essas características geralmente se assemelha a uma balança mecânica ou eletrônica com um recipiente acoplado para conter a substância em questão.
Para determinar as características de densidade usando uma balança hidrostática, uma substância é primeiro pesada no ar e, em seguida, a mesma substância é mergulhada em um recipiente maior contendo água. Essas duas medidas são comparadas e formuladas para descrever a gravidade da substância. A medida da gravidade informa aos pesquisadores informações vitais sobre a densidade do item ou como uma substância ou objeto se comportará sob diferentes pressões.
O equilíbrio hidrostático geralmente se refere à relação entre a gravidade e a pressão do gás em uma substância. As substâncias experimentam diferentes quantidades de pressão em diferentes profundidades. Quanto mais profunda a área, mais pressão ela sofre da gravidade. Essencialmente, à medida que a gravidade pressiona - um aumento relativo - o gradiente de pressão da substância também aumenta. Simplificando, para medir o ouro em uma coroa, pode ser útil saber que a força ascendente da água em um objeto é igual ao peso do seu fluido deslocado.
Essas forças podem interagir com uma substância em outros aspectos, como temperatura e área superficial, gerando pressões ou energia. O balanço hidrostático pode suspender elementos em outras misturas, bem como na água, para medir a gravidade das substâncias. As medidas também podem detectar a pureza das substâncias que podem ser misturadas com outros elementos; por exemplo, se uma coroa contém impurezas ou, no caso de Arquimedes, prata, que possui um equilíbrio hidrostático mensurável diferente do ouro. Hoje, a tecnologia encontra usos em aplicações como gemologia, astrofísica, geologia e atmosferas; em escalas maiores, o princípio é usado para descrever características de planetas e estrelas. Em todos esses contextos, o equilíbrio hidrostático se refere a como uma substância pode se comportar ou manter sua forma ou composição sob pressões variadas.
Tradicionalmente, a tecnologia de balança hidrostática contava com equipamentos mecânicos. Essa tecnologia era tipicamente modelada como um equilíbrio comum: uma estrutura em forma de T que suporta dois pratos em cada extremidade. Diferenças de peso levariam o balancim a se inclinar em direção ao elemento mais pesado.
O equipamento de equilíbrio hidrostático contemporâneo depende de detecção eletrônica precisa. A tecnologia pode se parecer com uma balança com um único vaso suspenso de uma plataforma eletrônica. Os instrumentos podem ser dimensionados para vários tamanhos; alguns são projetados para operação em bancada, enquanto outros são equipamentos maiores e independentes para lidar com embarcações maiores.
Os dispositivos modernos oferecem saídas digitais e várias outras leituras de precisão. Sensores digitais computadorizados podem relatar não apenas o equilíbrio hidrostático de um elemento, mas também podem gerar informações computadas adicionais. Esses dados podem incluir análises e comparações em execução entre séries de medidas, bem como conversões de unidades entre sistemas imperiais ou métricos; para saída pronta em quaisquer medidas necessárias.