Compressibilidade se trata da capacidade que um corpo ou uma substância possui de diminuir o seu volume. E isso ocorreria em resposta a uma pressão.
Esse é um termo da física e da mecânica dos fluidos, o qual descreve a capacidade de um material sólido, líquido ou gás, de passar por uma redução em seu volume.
Tal fenômeno tem um papel importante no entendimento de como distintas substâncias respondem a alterações nas condições ambientais, o que pode ser tanto pressão como também temperatura.
Pressão e compressibilidade
A pressão, um dos conceitos principais na compressibilidade, se trata da força empregada por unidade de área. Em outras palavras, seria o grau da distribuição da força sobre uma certa superfície.
Quando a pressão é exercida em um material, ainda mais aos fluidos, sucedem rearranjos moleculares que tendem a levar a mudanças em suas características físicas, tais como volume e densidade.
A compressibilidade surge como uma resposta inerente a tais mudanças de pressão. Nas substâncias compressíveis, os espaços existentes entre as moléculas poderão ser reduzidos se a pressão aumenta. Isso gera uma diminuição do volume que a substância ocupa, por vezes seguida de um aumento na densidade.
Fluidos e a compressibilidade
A compressibilidade possui manifestações variadas em fluidos, a depender se os mesmos são gases ou líquidos.
Gases são elevadamente compressíveis por conta da grande separação entre suas moléculas e da capacidade delas de se movimentarem livremente. A Lei dos Gases Ideais, que liga volume, pressão, temperatura e quantidade de substância, se trata de uma ferramenta fundamental para compreender o comportamento compressível desses gases.
Segundo essa lei, a pressão desempenhada por um gás é proporcional a densidade e a temperatura absoluta do mesmo.
Quando um gás sofre o aumento de pressão, as moléculas dele são forçadas a se aproximarem. E isso gera uma diminuição do volume que o gás ocupa. A Lei de Boyle descreve tal relação inversamente proporcional que há entre pressão e volume para uma temperatura constante.
Por sua vez, líquidos costumam ser considerados incompressíveis se comparados com os gases, já que suas moléculas se encontram mais próximas umas das outras.
Contudo, nas situações extremas, como nas grandes profundidades oceânicas, a compressibilidade dos líquidos passa a se manifestar. Nesses casos, pode ser que as moléculas líquidas se aproximem ainda mais, como uma resposta a elevação da pressão.
Temperatura e compressibilidade
A temperatura também desempenha um papel importante na compressibilidade dos materiais. Conforme a temperatura aumenta, então as partículas num material ganham energia cinética, se afastando umas das outras. Mas isso tende a contrabalançar os efeitos da compressão gerada pelo aumento da pressão, tendo como resultado uma menor redução de volume se for comparado num mesmo material, porém em temperaturas mais baixas.
Contudo, essa relação tende a variar, a depender das características específicas do material.
Alguns materiais podem apresentar uma compressibilidade maior diante de temperaturas mais altas, já outros teriam uma compressibilidade mais pronunciada quando são submetidos a temperaturas mais baixas. Isso destaca a complexidade da interação entre temperatura, pressão e compressibilidade.
Leis da compressibilidade
As Leis de Boyle e Charles são basais para o entendimento de como a compressibilidade atua em gases. No caso da Lei de Boyle, ela descreve a relação inversa entre pressão e volume sobre uma temperatura constante, já a Lei de Charles liga o volume de um gás com a sua temperatura numa pressão constante.
Quando tais leis são combinadas, então elas proporcionam uma visão mais completa sobre o comportamento compressível de gases. Por exemplo: caso a pressão e a temperatura de um gás subam ao mesmo tempo, então, a compressibilidade dele resultaria em mudanças expressivas em seu volume e densidade.
Compressibilidade e termodinâmica
A termodinâmica exerce um papel essencial no entendimento da compressibilidade, ainda mais nos processos que compreendem mudanças de fase. A mudança de um estado para outro levaria a variações expressivas na compressibilidade de um material.
Transformações adiabáticas e isotérmicas se tratam de dois processos termodinâmicos que impactam na compressibilidade:
- A transformação adiabática ocorre de modo acelerado, sem tempo para a troca de calor com o ambiente. E isso tende a resultar em variações marcantes de temperatura e de pressão;
- Já uma transformação isotérmica sucede a uma temperatura constante e, desse modo, a compressibilidade de um material seria impactada especialmente pela mudança de pressão.
Compressibilidade e mecânica dos fluidos
Na mecânica dos fluidos, a compressibilidade ajuda a compreender como os fluidos agem diante de mudanças de pressão nos contextos de fluxo.
Em fluidos compressíveis, como no caso dos gases, variações de pressão tendem a provocar variações expressivas de densidade ao longo do fluxo.
A velocidade do som num fluido é diretamente acometida por sua compressibilidade. Já no caso de fluidos incompressíveis, a velocidade do som é frequente, ao passo que em fluidos compressíveis a mesma varia devido a densidade do fluido. Isso possui consequências importantes nas áreas como a da aerodinâmica, em que a compressibilidade do ar causaria fenômenos como o conhecido “boom sônico“.
Há ainda que citar que a compressibilidade se encontra intrinsecamente ligada a outros conceitos, tais como: energias potencial e cinética, viscosidade e também peso específico.
SOUSA, Priscila. (1 de Setembro de 2023). Compressibilidade - O que é, conceito e definição. Conceito.de. https://conceito.de/compressibilidade