2-20-SHP-A1_V5_Hidrostatica

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FATEC - Prof. Gustavo P. Petrechen 1
Hidraulica e 
pneumática
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Base didática desta aula:
Esta parte do curso é baseada
na apostila:
Mecânica: Automação 4
Maria Leonor Reis Vianna
Centro Paula Souza
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Cap. 1
Hidrostática
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Estados físicos básicos
Tem relação com a organização dos átomos e 
moléculas. Existem três estados físicos 
considerados básicos: Sólido, líquido e gasoso.
Forma e 
volume fixo
Forma 
variável e 
volume fixo
Forma e 
volume 
variável
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Hidrostática
Hidrostática é a parte da Física que estuda os fluidos
em repouso. Os efeitos de interesse, nesses casos,
estão ligados à ação do fluido sobre si mesmo e
também sobre elementos como superfícies sólidas,
corpos submersos ou paredes de tanques.
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Força de empuxo
O que permite um navio flutuar é a força de empuxo. Essa
força equilibra o peso do navio. A magnitude da força de
empuxo é igual ao peso do fluido deslocado (esse volume
deslocado, no caso do navio, corresponde ao volume
submerso do casco). Toda vez que carga é acrescentada,
o volume submerso aumenta e, com ele, a força de empuxo.
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Principio de Arquimedes
A descoberta do princípio do empuxo
é atribuída a Arquimedes, inventor e
matemático grego (282-212 a.C.).
“Eureca!” (que significa “achei”)
foi o que Arquimedes teria
gritado quando descobriu a
força de empuxo. Diz a
anedota que nesse momento,
ao perceber a importância de
sua descoberta, ele pulou da
banheira e correu pelas ruas.
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Principio de Arquimedes
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1.1 O que é fluido
➢ Fluidos são substâncias capazes de escoar quando
submetidas à ação de uma força.
➢ A diferença entre um fluido e um sólido reside
principalmente nas forças de atração entre átomos e
moléculas, as chamadas forças de coesão, que ocorrem em
todos os tipos de substâncias.
➢ Nos sólidos, as forças de coesão são tão grandes que
mantêm a forma dos corpos.
➢ Os líquidos têm forças de coesão menores que as dos
sólidos e, por esse motivo, não têm forma definida.
➢ Nos gases, as forças de coesão são ainda menores do que
nos líquidos.
➢ Em decorrência desse fato, os gases são agregados de
átomos ou moléculas livres.
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Líquidos e gases
Um exemplo típico é um copo
contendo refrigerante. Se derramamos
esse refrigerante sobre a mesa, ele
fica totalmente espalhado sem
estrutura geométrica regular definida
ou ordenação clara.
Outro exemplo é um balão de
festa de aniversário, cheio de ar.
Quando estoura, o ar do balão se
mistura com o ar atmosférico, e
não conseguimos identificar uma
fronteira definida (porque ela de
fato não existe).
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Fluídos
Um fluido é uma substância que se deforma continuamente
quando submetida a uma tensão de cisalhamento, não
importando o quão pequena possa ser essa tensão. Um
subconjunto das fases da matéria, os fluidos incluem os
líquidos, os gases, os plasmas e, de certa maneira, os sólidos
plásticos.
Gás é um fluido que possui as
propriedades de compressibilidade
e expansibilidade e que tende a
ocupar todo o espaço onde está
contido.
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Extrusão do alumínio
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1.2 Massa específica
A massa específica é uma propriedade da substância ligada à constituição
atômica (os elementos são constituídos de átomos mais ou menos
pesados) e às condições termodinâmicas (como a temperatura, que mede
indiretamente a agitação molecular e a pressão, que por sua vez está
relacionada ao grau de adensamento ou de compactação atômico).
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Massa específica
Para exemplificarmos, basta pensarmos em um objeto de aço e
em outro de isopor, ambos de mesma forma, mesmo tamanho e
na mesma temperatura.
Como os elementos constituintes dos dois objetos têm massa
molar (massa de 1 mol (6,02 x 1023) de átomos) distinta e a
densidade deles é diferente.
Levantando um e outro podemos constatar que o “peso” deles é
diferente.
Chapa de aço Chapa de isopor
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Massa específica
É possível dizer que os corpos que possuem muita massa em
pequeno volume têm grande densidade; em contrapartida,
corpos que apresentam pequena densidade são mais “leves”.
A água possui massa
específica de 998 kg/m3
quando está a 20 °C. Há
materiais muito mais
densos, como o mercúrio
líquido, que a 20 °C tem
massa específica de 13,550
kg/m3.
Moeda boiando em mercúrio líquido
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Massa específica e densidade
A massa específica é uma propriedade intrínseca do material enquanto
que a densidade se refere a um corpo apenas, o qual pode conter vazios
não relacionados as características dos materiais que compõe este corpo.
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Dilatação térmica
É fácil entender a dependência da massa específica com a
temperatura e pressão. Em geral, os materiais dilatam ou
contraem em resposta a uma mudança de temperatura ou
pressão, portanto, mudam a razão de sua massa por seu
volume quando essas duas grandezas são alteradas.
Dilatação térmica: é o
aumento dimensional de um
corpo ocasionado pelo aumento
de sua temperatura, que resulta
em um aumento no grau de
agitação de seus átomos e
moléculas constituintes e
consequentemente aumento na
suas distância médias.
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Exemplo 1:
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Exemplo 2:
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Exemplo 3:
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Exemplo 3:
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Exemplo 3:
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1.3 Pressão
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Pressão
Quadro 1.1: conversão de algumas unidades de pressão
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Pressão
Outras unidades de
pressão também são de uso
comum, como o psi (pound
per square inch), definido no
Sistema Inglês de unidades
como: 1 psi = 1 lbf/in 2 .
Sabendo que 1 lbf (uma
libra força) = 4,448 N e 1 in
= 25,4 mm, a pressão de 1
psi equivale a 6 894,75 Pa
ou, ainda, 1 atm é igual a
14,7 psi.
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1.3.1 Pressão atmosférica
É a pressão exercida pela ação do ar atmosférico que está ao redor
de todos os objetos na Terra. O valor da pressão atmosférica
depende do tamanho da coluna de ar na atmosfera. Por exemplo, a
coluna de ar é maior sobre um objeto que está ao nível do mar do
que sobre um objeto no topo do monte Everest. Portanto, a pressão
atmosférica ao nível do mar é maior do que a pressão atmosférica no
monte Everest. A figura 1.1 indica esquematicamente a coluna de ar
em altitudes diferentes.
Pressão atmosférica ao
nível do mar = 1,01325
· 10 5 Pa ou 1,01325 ·
10 5 N/m 2 .
Figura 1.1 coluna de ar para diferentes altitudes.
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1.3.2 Escalas de pressão
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Escalas de pressão
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Escalas de pressão
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1.3.3 Distrib. de pressão fluido estático
Figura 1.2
a) distribuição de pressão 
atmosférica na superfície 
livre de um líquido;
b) cilindro imaginário entre 
os pontos 1 e 2.
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Distribuição de pressão fluido estático
Figura 1.2
a) distribuição de pressão atmosférica na superfície livre de um líquido;
b) cilindro imaginário entre os pontos 1 e 2.
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Distribuição de pressão fluido estático
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Distribuição de pressão fluido estático
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Distribuição de pressão fluido estático
Figura 1.3 meio fluido na ausência de campo potencial gravitacional.
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Distribuição de pressão fluido estático
Se, por um dispositivo qualquer, como um êmbolo, a pressão na
superfície sofre aumento ocasionado pela adição de uma força
(figura 1.4), a pressão na superfície do líquido é acrescida pelo valor
da força dividido pela área da superfície.
O ponto no interior do líquido também tem sua pressão acrescida do
valor adicionado à superfície, ou seja, a diferença entre as pressões
dos dois pontos permanece inalterada.
Figura 1.4
a) reservatório aberto à
atmosfera;
b) aumento da pressão na
superfície – inicialmente livre
– pela ação de um êmbolo.
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Distribuição de pressão fluido estático
Assim, se por qualquer ação externa, há um aumento de pressão
em algum ponto, por exemplo, pela ação de um êmbolo, essa
pressão é transmitida integralmente a todos os pontos do fluido (lei
de Pascal). No exemplo da figura 1.4, a ação do êmbolo na
superfície livre causa um aumento de pressão (P) em todos os
pontos no interior do fluido.
Figura 1.4
a) reservatório aberto à
atmosfera;
b) aumento da pressão na
superfície – inicialmente livre
– pela ação de um êmbolo.
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Distribuição de pressão fluido estático
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Distribuição de pressão fluido estático
Figura 1.5
a) tanques de diversos formatos, interligados e contendo um líquido;
b) tanque contendo um gás.
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Exemplo:
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Exemplo:
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Exemplo:
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1.3.4 Medidor de pressão atmosférica
A pressão atmosférica é medida por um instrumento denominado barômetro. 
O dispositivo básico consiste em um reservatório aberto à atmosfera e um
tubo fechado em uma das extremidades, conforme indicado na figura 1.6. O
fluido utilizado é o mercúrio. Na figura, o ponto A experimenta pressão
atmosférica, e o ponto B tem pressão muito próxima de zero (há vapor de
mercúrio confinado no espaço acima da superfície do mercúrio líquido).
Aplicando a equação 1.4 entre os pontos A e B, é possível indicar qual o valor
da pressão atmosférica do local após a leitura da coluna vertical de mercúrio.
Caso o manômetro esteja ao nível do mar, em condições padrão, deve marcar
uma coluna de z = 760 mm de altura (para densidade do mercúrio de 13 595
kg/m 3 a 0 °C e aceleração da gravidade padrão de 9,80665 m/s2).
Figura 1.6: representação
esquemática de um barômetro
simples.
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1.4 Princípio de Arquimedes, “o empuxo”
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Empuxo
Figura 1.7: representação de um corpo imerso e a força peso e o empuxo.
Quando um corpo se encontra imerso em um líquido, sobre ele agem duas
forças:
• A força peso (P), por causa da exposição do corpo ao campo
gravitacional terrestre.
• O empuxo (E), proveniente da distribuição de pressão na superfície
do corpo causada pela presença do fluido.
Ver a representação
das forças na figura
1.7.
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Empuxo
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Empuxo
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Empuxo
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Empuxo
Por que um corpo flutua ?
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Exemplo 1:
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OBRIGADO
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