PREPARAV2_Bases Fisicas para Engenharia (1).pptx

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BASES FÍSICAS PARA ENGENHARIA
ELIZABETH GARNIER
MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA
BASES FÍSICAS – Elizabeth Garnier
Fluido - é qualquer substância que facilmente escoa e que muda sua forma quando submetido à ação de pequenas forças. Os fluidos tomam a forma do recipiente onde são colocados.
Densidade (massa específica): 
ρ = Massa/Volume 	[ ρ ] = kg/m³ (ou g/cm³, etc) ρagua=1,0 .103kg/m3
Pressão: 
 P=Força/Área		[ P ] = N/m² = Pa (pascal)
Pressão atmosférica: 1,013 .105 Pa = 1 atm (atmosfera)
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MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA
BASES FÍSICAS – Elizabeth Garnier
Fluidos Não-Compressíveis
Pressão causada por um fluido em repouso:
 P = ρ.g.h 
Diferença de pressão entre dois pontos A e B:
PB – PA = ρ. g.hB - ρ. g.hA = ρ. g.(hB- hA) Logo: ΔP = ρ.g.Δh
Importante: para cada 10 m percorridos na vertical, durante um mergulho, acrescenta-se 1,0 . 105 Pa ou 1 atm no valor da pressão.
Princípio de PASCAL: “Líquidos transmitem integralmente a pressão exercidas sobre eles.”
Vasos Comunicantes:	 ΔP = ρ.Δh.g Se Δh = 0 Δ P = 0
F1/A1 = F2/A2
Prensa hidráulica:
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MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA
BASES FÍSICAS – Elizabeth Garnier
Principio de Arquimedes
Todo corpo que está total ou parcialmente submerso em um fluido, recebe a ação de uma força exercida pelo fluido, dirigida para cima, que tem o módulo igual ao peso do volume do fluido deslocado pelo corpo, o EMPUXO.
Unidade do empuxo (E) no SI: N (Newton)
Peso aparente
Paparente = Preal - E
E = ρliq ·g·Vdesl
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Com base na figura, considere o peso real do bloco maciço igual a 10 N e o peso marcado no dinamômetro quando esse é imerso em água, igual a 8N. Determine o empuxo e o volume do bloco.
Como o Empuxo é a diferença entre o Peso e o Peso aparente, 
E = 10 N – 8 N E = 2 N
Utilizando a definição de Empuxo, podemos obter o volume deslocado que, neste caso, é o volume do bloco
E = ρliq ·g·Vdesl, sendo ρagua = 1000kg/m³ e considerando g = 10 m/s2
2 = 1000 · 10 · V V = 2 ·10 -4 m3 
O empuxo é de 2N e o volume do bloco 2·10-4 m3
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MECÂNICA DOS FLUIDOS - HIDRODINÂMICA 
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Fluidos Incompressíveis 	 densidade não se altera!
A VAZÃO é o volume de um fluido que cruza uma determinada área por unidade de tempo e é dada como a multiplicação da área pela velocidade do fluído. Q = A∙v
Unidade de vazão no SI: m3/s
Equação da Continuidade: Se a densidade é constante, a vazão se conserva!
A1∙v1 = A2∙v2
Assim, na figura acima, sendo o fluido incompressível, temos:
 A1 > A2 v1< v2
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MECÂNICA DOS FLUIDOS - HIDRODINÂMICA 
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Teorema de Torricelli 
vescape depende da altura da água no reservatório!
Aplicação fundamental: permite controlar usinas hidrelétricas!
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MECÂNICA DOS FLUIDOS - GASES
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Fluidos Compressíveis 	 	 densidade pode se alterar! 
Equação de Clapeyron: P.V = nRT 
P: pressão
V: volume
n: número de mols
R: constante universal dos gases perfeitos: 8,31 J/mol.K
T: Temperatura
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TEMPERATURA E CALOR
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Temperatura  é a grandeza que mede o estado de agitação térmica das partículas que constituem um corpo.
Escalas: Kelvin, Celsius, Fahrenheit
Kelvin: zero – ligado à uma condição fundamental da natureza (zero absoluto);
Celsius: zero – ponto de fusão da água.
Temperatura: medida indireta da energia mecânica a nível microscópico.
Tc=5∙(TF-32)/9
Tc =TK -273,15 
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Jairo trabalha em uma multinacional e recebeu um lote de produtos que possuem indicação de necessidade de conservação à temperatura de 293,15K porém, a câmara de refrigeração da empresa é mantida na escala Celsius, qual a temperatura que o sistema de refrigeração deverá indicar para conservar os produtos recebidos?
Como Tc =TK -273,15
Tc =293,15 -273,15 Tc =20°C
A temperatura do sistema de refrigeração deverá ser ajustada para 20°C. 
Leo sentiu-se mal durante o dia e ao verificar a temperatura do seu corpo, o termômetro marcou a temperatura igual a 102°F. Determine o valor dessa temperatura em graus Celsius.
Como Tc=5∙(TF-32)/9 Tc = 5∙(102 – 32)/9 Tc = 38,89°C.
Leo sentiu-se mal porque sua temperatura de 38,89°C indica estado febril.
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TEMPERATURA E CALOR
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Calor é uma forma de energia, que se transfere de um corpo para outro em virtude de uma diferença de temperatura entre eles.
CALOR: Quantificação de energia térmica 	(energia contida nas moléculas)
Unidades de calor: joule (J) 
 calorias (cal) ≈ 4,2 J 
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TEMPERATURA E CALOR
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 Condutividade térmica é a capacidade do material de conduzir calor.
Condutores: conduzem melhor o calor (exemplo: metais)
Isolantes: condutores piores (exemplos: ar, cerâmicas)
Processos de transferência de calor:
- Condução - a energia se propaga através de choques entre 
 moléculas mais velozes e mais lentas.
- Convecção - a energia é transportada através do deslocamento de matéria.
- Radiação – a energia se propaga através de ondas eletromagnéticas.
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ELETRICIDADE - ELETROSTÁTICA
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Carga elétrica – refere-se a diferença entre o número de prótons e elétrons de um corpo.
Elétron – carga elétrica negativa (-); Próton – carga positiva (+); Nêutron – não possui carga elétrica
Q = carga do corpo. Unidade SI: Coulomb (C)
n = número de elétrons ou prótons livres;
e = carga elementar de um elétron ou um próton = 1,602·10 -19 C
Q = n·e
Métodos de eletrização
- Atrito
- Contato
- Indução
Quando cargas de mesma forma e dimensão são colocadas em contato, suas cargas serão igualmente divididas
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ELETRICIDADE - ELETROSTÁTICA
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Força elétrica (Lei de Coulomb)
Propriedade das cargas: atração; repulsão
K constante dielétrica do meio onde estão imersas as cargas; no vácuo vale 9,0. 109 N.m2/C2
Cargas de mesmo sinal
Cargas de sinais contrários
Duas partículas com cargas de sinais opostos estão separadas no vácuo por uma certa distância. O que acontece com a força de interação eletrostática se a distância entre as cargas dobrar? 
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ELETRICIDADE - ELETROSTÁTICA
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Campo elétrico 
Q
P
 d
+
-
Linhas de campo – cargas associadas
Unidade: N/C
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ELETRICIDADE - ELETROSTÁTICA
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Potencial elétrico V no ponto P, gerado pela carga Q
Q
P
d
Unidade (SI): Volt (V)
Diferença de Potencial (ddp) ou tensão entre dois pontos A e B
A
B
d
VB
VA
E
ddp = ΔV = VB - VA
Se há ddp, há potencial de movimento!
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ELETRICIDADE - ELETRODINÂMICA
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Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas
 no interior do condutor, devido a ação de um campo elétrico.
Intensidade de corrente elétrica i
Unidade (SI): Ampère (A) = C/s
- Corrente Contínua ou Alternada
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ELETRICIDADE - ELETRODINÂMICA
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Resistência elétrica é a medida da dificuldade à passagem de corrente elétrica, oferecida pelo material.
 
Unidade (SI): ohm (Ω) = V/A
Lei de Ohm: V = R∙i
Associação de Resistores
Em série
Em paralelo
Req= R1+ R2+ R3
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ELETRICIDADE - ELETRODINÂMICA
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Efeito Joule é o aquecimento do material devido à passagem de uma corrente elétrica.
Potência dissipada na forma de calor
P = V∙i P = R∙i2
Unidade de potência no SI: watt (W)= J/s
Numa resistência elétrica, aplica-se uma tensão de 90V. Qual é a potência dissipada, sabendo-se que a corrente
que passa por ela é de 30mA? 
P = V∙i 
P = 90 V ∙30∙10-3 A = 2700∙10-3 = 2,7 W
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ELETROMAGNETISMO
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Magnetita -  minério que atrai certos metais
Ímãs:
- possuem dois polos, Norte e Sul, que são inseparáveis;
- polos de mesmo nome se repelem e de nome diferente se atraem;
- são fontes naturais de campo magnético;
- linhas de campo imaginárias saem do polo Norte e entram no polo Sul; 
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ELETROMAGNETISMO
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A Terra se comporta como um grande ímã, cujo polo norte magnético localiza-se na região sul geográfica e cujo polo sul magnético está localizado na região norte geográfica. 
Processos de imantação:
- por atrito (sempre no mesmo sentido)
- por impacto (vibração mecânica)
- por indução
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ELETROMAGNETISMO
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Descoberta de Oersted
Geração de campo magnético:
 - ímã permanente
 N
S
 - corrente elétrica
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ELETROMAGNETISMO
Solenoide - armazena energia sob forma de campo magnético
Solenoides têm muitos usos na engenharia!
 ( válvulas de solenoide, alto-falantes )