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Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira DISCIPLINA MECANICA DOS FLUIDOS MODULO-1- INTRODUÇÃO Professor José Eustáquio do Amaral Pereira 1 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira F 1 0 7 – F ís ic a p a ra B io lo g ia Mecânica dos fluidos Fluido – De uma maneira geral, o fluido é caracterizado pela relativa mobilidade de suas moléculas que, além de apresentarem os movimentos de rotação e vibração, possuem movimento de translação e portanto não apresentam uma posição média fixa no corpo do fluido. Mecânica dos Fluidos –Ciência que trata do comportamento dos fluidos em repouso (Hidrostática) e em movimento (Hidrodinâmica). Estuda o transporte de quantidade de movimento nos fluidos. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira F 1 0 7 – F ís ic a p a ra B io lo g ia Quais as diferenças fundamentais entre fluido e sólido? • Fluido é mole e deformável • Sólido é duro e muito pouco deformável Em linguagem mais técnica: a diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada com a estrutura molecular: Sólido: as moléculas sofrem forte força de atração (estão muito próximas umas das outras) e é isto que garante que o sólido tem um formato próprio; Fluido: apresenta as moléculas com um certo grau de liberdade de movimento (força de atração pequena) e não apresentam um formato próprio. Mecânica dos fluidos Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Definição de fluido Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira F 1 0 7 – F ís ic a p a ra B io lo g ia Quais as diferenças fundamentais entre solido e fluido? A principal distinção entre sólido e fluido, é pelo comportamento que apresentam em face às forças externas. Se uma força de compressão fosse usada para distinguir um sólido de um fluido, este último seria inicialmente comprimido, e a partir de um certo ponto ele se comportaria exatamente como se fosse um sólido, isto é, seria incompressível. Mecânica dos fluidos Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira F 1 0 7 – F ís ic a p a ra B io lo g ia Quais as diferenças fundamentais entre líquidos e gases? Líquidos: • Assumem a forma dos recipientes que os contém; • Apresentam um volume próprio(constante); • Podem apresentar uma superfícielivre; Gases e vapores: • apresentam forças de atração intermoleculares desprezíveis; • não apresentam nem um formato próprio e nem um volume próprio; • ocupam todo o volume do recipiente que os contém. Mecânica dos fluidos Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira F 1 0 7 – F ís ic a p a ra B io lo g ia Grandezas fundamentais da Mecânica dos Fluidos Força (F): responsável pela alteração do movimento dos corpos Massa (m): inércia dos corpos Forma: fixa, define o Centro de Massa Mecânica dos sólidos Pressão (P=F/A): responsável pela alteração do movimento dos fluidos Densidade ( = m/V): inércia dos fluidos, sendo V o volume Forma: variável, depende do reservatório Mecânica dos fluidos Mecânica dos fluidos Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Pressão Atmosférica No planeta Terra em qualquer parte de sua superfície os corpos estão envoltos em um fluído gasoso, o ar. Como todo fluído ele causa uma pressão nos corpos nele imersos. A pressão atmosférica deve ser expressa em Pa (N/m²). Mas outras unidades podem ser encontradas: - atmosfera (atm) - milímetros de mercúrio (mmHg) ou centímetros de mercúrio (cmHg) - metros de coluna de água (mca). Então, é possível relacionar as várias medidas comparando-se os valores da pressão atmosférica ao nível do mar: 1 atm = 101325 Pa = 10,2 mca = 760 mmHg Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Princípio de Pascal Estudos, esclareceu o princípio barométrico, a prensa hidráulica e a transmissibilidade das pressões. O princípio físico que se emprega aos elevadores hidráulicos de postos de combustíveis e aos freios hidráulicos foi descoberto por Pascal. O enunciado do princípio de Pascal diz que: O acréscimo de pressão produzido num líquido em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Princípio de Pascal Uma aplicação simples deste princípio é a prensa hidráulica. A prensa é um dispositivo com dois vasos comunicantes, que possui dois êmbolos de diferentes áreas sobre a superfície do líquido. Veja como funciona uma prensa hidráulica no desenho abaixo: Aqui temos o esquema de um elevador hidráulico. A prensa é um mecanismo eficaz de aumento da força aplicada. Para isso basta construir um dispositivo com área maior do que a área na qual se vai aplicar a força. Fazendo isso podemos levantar o carro. O mesmo vale para o sistema de freio hidráulico de um carro. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira F 1 0 7 – F ís ic a p a ra B io lo g ia Estática dos fluidos Pressão: P = F/A onde F é a força normal à superfície de área A P1 P2 P P1+P P2+ P Princípio de Pascal: A pressão aplicada a um fluido confinado se transmite integralmente a todos os pontos do fluido. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira F 1 0 7 – F ís ic a p a ra B io lo g ia F1 F2 1 1 1 A1 F A F A F A1 A2 A2 F 1 2 F2 2 F1 P2 2 P Portanto, se A2 > A1 então F2 > F1 Princípio de Pascal: A pressão aplicada a um fluido confinado se transmite integralmente a todos os pontos do fluido. Estática dos fluidos Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Princípio de Pascal - Prática O Princípio de Pascal afirma que: “Um acréscimo de pressão exercido em qualquer ponto de um fluído é transmitido para todo o fluído”. Com esse princípio é possível construir e dimensionar macacos hidráulicos, prensas hidráulicas, etc. Como a pressão é igual em todos os pontos do fluído e supondo a área do pistão da direita sendo 5 vezes maior que o da esquerda tem-se: Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Princípio de Pascal - Prática Dessa maneira uma força F1 será, no exemplo, amplificada F2 cinco vezes. Esse seria a versão hidráulica da alavanca mecânica concebida por Arquimedes. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 1-EXERCCIOS 15 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 16 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 2- EXERCICIOS 17 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RSEPOSTA 18 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 3-EXERCICIOS 19 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 20 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 4- EXERCICIOS 5. (UnB-DF) Temos dois tubos cilíndricos, A e B, de diâmetro D e D/4,respectivamente. Os cilindros formam um sistema de macaco hidráulico e os êmbolos são móveis. Considerando o sistema em equilíbrio e desprezando o peso dos êmbolos, ache a razão entre as intensidades das forças FA/FB. Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 22 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira RESPOSTA 23 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira 5- EXERCCIOS 24 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira REPSOTA 25 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira Perguntas 26 Prof. José Eustáquio do Amaral Pereira FIM MUITO OBRIGADO. 27