580306452-Fisica-9a-Classe- (3)

Prévia do material em texto

Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
21 
 
 
 
6.3.2. Cardinal 
O outro modo de aumentar a vantagem mecânica das roldanas consiste na associação de várias 
roldanas fixas (num único bloco) com várias roldanas móveis (todas num mesmo bloco). A este tipo 
de associação dá-se o nome de cardenal. Há várias maneiras de associar as roldanas em cardenais; 
eis algumas: 
 
Para cardenal de 4 roldanas (duas fixas + duas móveis) tem-se 
 
 
, para cardenal de 6 roldanas 
(três fixas e três móveis) tem-se 
 
 
 etc. 
 
7. Plano inclinado 
São superfícies planas, rígidas, inclinadas º90 90) em relação à horizontal, que servem para 
multiplicar forças, constituindo, portanto, máquinas simples. 
 
 
n
R
p
2
F
F 
móveis roldanas de número o é n
 :onde

Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
22 
 
Em conformidade com a antiga lei áurea da mecânica (Lei de Ouro da mecânica) que dizia: 
A vantagem mecânica do plano inclinado depende da relação entre o comprimento do plano e a sua 
altura. 
 
8. Sarilho 
É um tipo de máquina simples que também tem a finalidade de multiplicar forças. 
 
O sarilho é composto por um cilindro metálico ou de madeira que pode girar em torno de um eixo 
horizontal, accionado por uma manivela. Sobre o cilindro enrola-se uma corda na qual uma das suas 
extremidades está fixa ao cilindro e na outra se suspendem corpos que se pretendem elevar, baixar 
ou equilibrar, sendo necessário aplicar na manivela do sarilho uma força potente para fazer girar o 
cilindro. 
 
Onde: 
Rm → raio ou comprimento da manivela (bp) 
Rc → raio do cilindro (bR) 
 
 
O funcionamento de um sarilho é semelhante ao de uma alavanca interfixa. Por analogia, pode-se 
escrever a condição de equilíbrio de um sarilho da seguinte maneira: 
 
 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
23 
 
 
9. Algumas aplicações de máquinas simples 
As máquinas simples são importantes para a vida do homem, pois elas auxiliam o homem a realizar 
trabalhos tais como: 
 Levantar corpos pesados aplicando menor força, elevar blocos de pedra, fardos, carros, 
camiões, barris, caixotes, etc; 
 Extrair água do poço; 
 Transportar cargas, diminuindo o esforço humano. 
 
 
 
II. Exercícios resolvidos 
 
1. Durante as aulas de física falámos sobre máquinas simples. Observe as figuras abaixo e escreva o 
nome de cada máquina nelas representada. 
 
2. A figura mostra a Rita a equilibrar uma pedra grande através de uma alavanca. 
a. Que tipo de alavanca está representada na figura? 
b. Calcule o valor da força exercida pela Rita 
 (força potente). 
 
 
3. Sobre a figura abaixo, é correcto afirmar que: 
 
a. É uma talha e tem 3 roldanas; 
b. É um cadernal e tem 3 roldanas móveis; 
c. É uma talha e tem 3 roldanas móveis; 
d. É um cadernal e tem 3 roldanas; 
e. As alíneas a) e c) estão correctas. 
 
N 2000FR 
?PF
m 0,5 m 2,5
Pedra Rita Menina
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
24 
 
 
Resolução: 
A Roldana Móvel 
B Sarinho 
C Alavanca Inter-fixa 
D Plano inclinado 
 
 
 
III. Exercícios de aplicação 
 
1. Aplicando a sua inteligência, o homem busca, constantemente, a maneira de aproveitar ao máximo 
a sua força. Dê dois exemplos de máquinas simples que permitem ao homem aplicar as suas ideias. 
1.2. A figura representa uma alavanca. De acordo com as condições da figura, calcule o valor da 
força F1 necessária para equilibrar a força F2 
 
 
1.3. A figura representa o Sr. Lúcio com o seu sobrinho Francisco a brincarem num baloiço de um 
parque de diversões. De acordo com as condições da figura, responda às questões que se seguem. 
 
a. Que tipo de alavanca representa o baloiço? 
b. Calcule a distância que o Francisco está 
sentado do centro do baloiço, sabendo que este 
está em equilíbrio. 
 
3. Durante as aulas de Física, o professor falou de máquinas simples. 
a. Defina, por palavras suas, uma roldana: 
 Fixa; 
 Móvel. 
b. Explique por palavras suas a diferença entre uma roldana fixa e móvel. 
c. Qual delas é mais vantajosa? E justifique porquê? 
d. Indique cinco (5) aplicações de roldanas na vida diária. 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
25 
 
 
4. Observe com atenção as seguintes figuras e responda às questões que se seguem. 
 
 
a. Indique o nome de cada máquina simples. 
b. Calcule, em cada caso, o valor da incógnita, 
sabendo que estão em equilíbrio os sistemas e, 
em seguida, calcule as massas de cada corpo. 
(use 
2/10 smg  ) 
c. Qual das máquinas é mais vantajosa? Porquê? 
 
5. Para aumentar as vantagens mecânicas das roldanas, elas são usadas em forma associada. 
a. Quantas maneiras de associar as roldanas você conhece? Defina pelo menos uma das maneiras. 
b. De que depende a força que deve ser aplicada numa talha para mantê-la em equilíbrio, se a força 
a ser equilibrada for constante? 
 
6. Observe com muita atenção as seguintes figuras. 
 
a. Indique o nome de cada máquina simples. 
b. Quantas roldanas móveis têm cada máquina simples? E 
quantas fixas? 
c. Qual é a importância das máquinas simples na vida do 
homem? 
d. Determine o valor da força RF em cada caso e massa de cada corpo, sabendo que os sistemas 
estão em equilíbrio. (use 
2/10 smg  ). 
 
7. As figuras que se seguem representam sistemas constituídos por uma alavanca e uma roldana. 
Determine, os valores das incógnitas, em cada caso, para que os sistemas fiquem em equilíbrio. 
 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
26 
 
8. O raio do cilindro de um certo sarilho mede cm4 e o comprimento da manivela mede cm28 . Que 
força será necessário aplicar na manivela do sarilho para que se possa equilibrar um fardo com o 
peso N630 ? 
 
9. O raio do cilindro de um determinado sarilho é 6 vezes menor que o raio da manivela. Qual deve 
ser a intensidade da força a aplicar na manivela desse sarilho para que se possa equilibrar um balde 
com a massa de 6.6Kg. (use 
2/10 smg  ). 
 
10. Observe com muita atenção as figuras abaixo. A alternativa que contém os tipos dessas 
alavancas, respectivamente, é: 
 
A Inter-resistente, inter-fixa e inter-potente; 
B Inter-fixa, inter-potente e inter-resistente; 
C Inter-fixa, inter-resistente e inter-potente; 
D Inter-potente, inter-resistente e inter-fixa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
27 
 
UNIDADE TEMÁTICA III ESTÁTICA DOS FLUÍDOS 
 
 
 
I. Resumo de conteúdos 
 
1. Introdução à Estática dos Fluídos 
Estática dos Fluídos é a parte da Física que estuda as condições de equilíbrio estático dos fluidos. 
 
 
Fluido é uma substância que pode escoar na fase líquida ou gasosa. Uma diferença entre líquidos e 
gases é a capacidade de ser comprimido, ou seja, a compressibilidade. Os gases são facilmente 
comprimidos, por isto, são chamados de compressíveis. Enquanto os líquidos só são comprimidos 
com técnicas avançadas que envolvem altíssima pressão, por isto, na prática são chamados de 
incompressíveis. Na figura abaixo, a compressibilidade de um gás e a incompressibilidade de um 
líquido são ilustradas. 
 
2. Pressão exercida por um sólido 
 
A pressão pode ser definida como a intensidade de uma força actuante F numa determinada área A. 
 
E é dada pela seguinte expressão: 
 
A unidade de pressão no SI é o Newton por metro quadrado (N/m2), também denominada pascal 
(Pa). 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasseMINEDH-DINES 
 
28 
 
 
Na literatura industrial, encontram-se outras unidades como: 
 atmosfera (atm); 
 torricelli (torr); 
 quilograma-força por centímetro quadrado (kgf/cm2); 
 bar; 
 milímetro de mercúrio (mmHg). 
 
Deve-se observar que o valor da pressão depende não só do valor da força exercida F, mas também 
da área A na qual esta força está distribuída. Por outro lado, uma mesma força poderá produzir 
pressões diferentes, dependendo da área sobre a qual ela actuar. Assim, se a área A for muito 
pequena, poderemos obter grandes pressões, mesmo com pequenas forças. Por este motivo, os 
objectos de corte (faca, tesoura, enxada, etc.) devem ser bem afiados e os objectos de perfuração 
(prego, broca, etc.) devem ser pontiagudos. 
 
 
 
3. Densidade absoluta ou massa específica 
É a relação entre a massa m e o volume V de um corpo. A massa específica ou densidade absoluta 
do corpo será representada pela regra ρ e definida da seguinte maneira: 
 
 
No sistema SI, a unidade de densidade é kg/m3; no sistema CGS a unidade é g/cm3. 
 
A densidade absoluta é uma propriedade específica, isto é, cada substância pura tem uma densidade 
própria, que a identifica e a diferencia das outras substâncias. Ela também pode ser utilizada na 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
29 
 
identificação e no controle de qualidade de um determinado produto industrial, bem como ser 
relacionada com a concentração de soluções. 
 
 
4. Pressão exercida por um líquido (pressão hidrostática) 
 
Considerando um líquido em equilíbrio no interior de um recipiente, a pressão que ele exerce no 
fundo do recipiente (ponto A) é directamente proporcional à densidade do líquido, à aceleração de 
gravidade local e à profundidade. 
Em termos matemáticos: 
 
 
 
 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
30 
 
Note que a forma do recipiente não afecta a pressão e que esta é a mesma em todos os pontos de 
mesma profundidade. Isto implica que líquidos em equilíbrio têm a sua superfície livre sempre na 
horizontal e que pontos situados à mesma profundidade têm pressões iguais: 
 
4.1. Equação fundamental da Hidrostática – Lei de Steven (diferença de pressões) 
 
Considerando um líquido em equilíbrio no interior de um recipiente, sendo PA e PB as pressões nos 
pontos A e B, a diferença das pressões é directamente proporcional à densidade (ρ) do líquido, à 
aceleração da gravidade local (g) e à diferença de nível entre os pontos (h). 
 
 
Quando a superfície do líquido está sujeita à acção da pressão atmosférica, o cálculo da 
pressão no ponto P é realizado com base na seguinte fórmula: 
 
 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
31 
 
5. Pressão atmosférica 
Na superfície da Terra, experimentamos uma pressão devido ao facto de estarmos submersos dentro 
de um fluido que é o ar (uma mistura de gases). Essa mistura de gases, que envolve a Terra, é a sua 
atmosfera. Por isso, a pressão desse fluído é conhecida como pressão atmosférica. 
 
 
No SI, a Patm é em Pascal (Pa); mas é uma unidade pequena, kPa. É geralmente usada para a 
pressão atmosférica. 
 
Em aplicação com vácuo, a unidade “torr” é geralmente usada; 1 mmHg = 1 torr. 
 
IMPORTANTE 
A pressão atmosférica diminui com a altitude, isto é, quanto maior for a altitude, menor será a 
pressão atmosférica e vice-versa. 
 
6. Experiência de Torricelli 
 
Torricelli, realizou uma famosa experiência que, além de demonstrar que a pressão atmosférica 
existe realmente, permitiu a determinação de seu valor. 
 
Para realizar sua experiência, Torricelli tomou um tubo de vidro, com cerca de 1 m de comprimento, 
fechado em uma de suas extremidades, enchendo-o completamente com mercúrio. Tampando a 
extremidade livre e invertendo o tubo, mergulhou esta extremidade em um recipiente contendo 
também mercúrio. Ao destampar o tubo, Torricelli verificou que a coluna líquida descia, até estacionar 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
32 
 
a uma altura de cerca de 76 cm acima do nível do mercúrio no recipiente. Concluiu, então, que a 
pressão atmosférica, Patm, actuando na superfície do líquido no recipiente, conseguia equilibrar a 
coluna de mercúrio. Como a altura da coluna líquida no tubo era de 76 cm, Torricelli chegou à 
conclusão de que o valor da pressão atmosférica, equivale à pressão exercida por uma coluna de 
mercúrio de 76 cm de altura, isto é; 
 
Por este motivo, a pressão de 76 cmHg é denominada 1 atmosfera (1 atm) e definida como uma 
unidade de pressão. 
 
7. Princípio de Pascal 
O princípio físico que se aplica, por exemplo, aos elevadores hidráulicos 
dos postos de gasolina e ao sistema de freios e amortecedores, deve-se ao físico e matemático 
francês, Blaise Pascal (1623-1662). Em 1653, ele enunciou: 
 
“Qualquer acréscimo de pressão num ponto qualquer de um líquido em repouso é 
integralmente transmitido a todos os outros pontos desse líquido e em todas as direcções”. 
 
O princípio de Pascal é ilustrado pela operação de uma prensa hidráulica 
 
7.1. Prensa Hidráulica 
A pressão provocada por esta força é transmitida para todas as partes do líquido, Portanto, como a 
pressão transmitida é a mesma, temos: 
 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
33 
 
Como se pode observar, a prensa hidráulica é um aparelho que multiplica forças, com um factor igual 
à relação entre as áreas dos dois pistões. 
 
8. Vasos comunicantes 
Chamam-se vasos comunicantes ao conjunto de dois, ou mais vasos que se comunicam entre si por 
meio de um tubo, de vidro, de plástico ou de borracha. Num sistema de vasos comunicantes, quando 
o líquido está em repouso a superfície livre do líquido atinge o mesmo nível em todos os vasos, 
qualquer que seja a forma destes, sendo a superfície livre um plano horizontal. 
 
Exemplos de vasos comunicantes: 
 
 
8.1. Vasos comunicantes contendo líquidos imiscíveis 
Quando dois líquidos que não se misturam (imiscíveis) são colocados num mesmo recipiente, eles se 
dispõem de modo que o líquido de maior densidade ocupe a parte de baixo e o de menor densidade 
a parte de cima. A superfície de separação entre eles é horizontal. 
Exemplo: água e petróleo. 
 
 
Caso os líquidos imiscíveis sejam colocados num sistema constituídos por vasos comunicantes, 
como um tubo em U, eles dispõem-se de modo que as alturas das colunas líquidas, medidas a partir 
da superfície de separação, sejam proporcionais às respectivas densidades. Na figura ao lado, sendo 
ρ1 a densidade do líquido menos denso, ρ2 a densidade do líquido mais denso, h1 e h2 as respectivas 
alturas das colunas, obtemos: 
 
Meu caderno de actividade de Física-9ªClasse MINEDH-DINES 
 
34 
 
 
 
9. Princípio de Arquimedes 
 
 
Arquimedes expressou as conclusões de suas observações num princípio que conhecemos como o 
princípio de Arquimedes, e que diz o seguinte: 
 
 
 
Então, para calcular o valor do empuxo exercido sobre um corpo, basta calcular o peso do líquido 
deslocado pelo corpo. 
 
 
10. Condições de flutuação dos corpos 
Nem todos os objectos que colocamos num líquido se comportam da mesma forma: alguns afundam, 
outros ficam na superfície, outros, descem um pouco e param no meio do líquido. 
 
Para saber o que ocorre com o objecto, precisamos de estudar a relação entre as forças que agem 
sobre ele. Podem ocorrer três situações distintas: 
 
Na tabela abaixo, está um resumo que explica o que ocorre em cada uma das três situações: