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FIsica 3

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Aula 01: Apresentação da disciplina e das formas de avaliação. 
Aula 02: Fluidos 
Aula 03: Pressão
FENÔMENOS DE TRANSPORTE_CCE0187
 
Profª Dra Francelli Klemba Coradin
francellikc@hotmail.com
 
Definição de Pressão
Se Fn representa a força normal que age sobre uma superfície de área A, e dFn a força normal que age num infinitésimo de área dA, a pressão num ponto será:
Se a pressão for uniforme, sobre toda a área, a pressão média:
Outras Unidades de Pressão
atm (atmosfera)
 mmHg (milímetro de mercúrio)
 kgf/cm² (quilograma força por centímetro ao quadrado)
 bar (pressão barométrica)
 psi (libra por polegada ao quadrado)
 mca (metro de coluna d’água)
Conversão:
1 atm = 760 mmHg = 1,01x105 Pa = 1,03 kgf/cm² = 1,01 bar = 14,7 psi = 10,33 mca
Exercício 1
Uma caixa d'água de 1,5 m X 40 cm e altura de 1 m possui massa de 4 kg, que pressão ela exerce sobre o solo :
a) vazia
b) cheia
(considerar massa específica da água como sendo 998kg/m3 e a aceleração da gravidade como 9,8 m/s2)
Estática dos Fluido
A pressão em um ponto de um fluido em equilíbrio estático depende da profundidade desse ponto, mas não da dimensão horizontal do fluido no recipiente (TEOREMA DE STEVEN).
p é a pressão em um ponto qualquer abaixo da superfície. É chamada pressão total.
p0 é a pressão atmosférica na superfície.
ρ é a massa específica ou densidade.
g é a aceleração da gravidade.
h é a distância abaixo do nível da superfície.
ρ g h é a pressão devida ao líquido ou pressão efetiva.
Considerações Importantes
Na diferença de pressão entre dois pontos não interessa a distância horizontal entre eles, mas a diferença de cotas verticais.
(pA<pB e pB = pC).
O formato do recipiente não é importante para o cálculo da pressão em qualquer ponto.
Nos gases, como o peso específico é pequeno, se h não for muito grande, pode-se desprezar a diferença de pressão entre eles.
Exercício 2
Qual a pressão efetiva no fundo de um reservatório que contém água, com 15 m de profundidade (densidade da água 998kg/m3)? idem, se o reservatório contém gasolina (densidade relativa 0,75)?
Consequência do Teorema de Steven
Lei de Pascal: A pressão aplicada a um fluido no interior de um recipiente é transmitida sem nenhuma restrição a todos os pontos do fluido e para as paredes do recipiente.
Demonstração do Princípio de Pascal
Considere um fluido incompressível, ρ é cte.
O cilindro é fechado por um êmbolo.
A atmosfera, o recipiente e as bolinhas de chumbo, exercem uma pext sobre o êmbolo e sobre o líquido.
A pressão no ponto P do líquido:
Se adicionarmos mais bolinhas, para aumentar pext, a variação de pressão no ponto P:
Como não depende de h, a variação é a mesma em todos os pontos do líquido.
Exercício 3
A figura mostra de forma simplificada, o sistema de freios a disco de um automóvel. Ao se pressionar o pedal do freio, este empurra o êmbolo de um pistão que por sua vez, através de óleo do circuito hidráulico, empurra um segundo pistão. O segundo pistão pressiona uma pastilha de freio contra um disco metálico preso à roda, fazendo com que ela diminua sua velocidade angular. Determine a razão F1/F2:
F1 é a força aplicada ao pedal pelo pé do motorista e F2 a força aplicada sobre o disco de freio.
O diâmetro 2 é o dobro do diâmetro 1
Exercício 4
A figura representa uma prensa hidráulica rudimentar de uma pequena empresa rural, usada para compactar fardos de algodão. Por meio de uma alavanca, o operador exerce uma força de intensidade igual a 150 N no êmbolo menor da máquina, cuja área é de 400 cm2. Cada fardo é prensado por meio de um êmbolo de área cinco vezes maior.
a) Qual é a intensidade da força exercida sobre um fardo na sua prensagem?
b) Qual é a variação de pressão que se transmite pelo fluido do dispositivo em cada operação?
Tubo em U
Se, em dois ramos de um tubo em U, temos dois líquidos imiscíveis de densidades diferentes, eles subirão a alturas diferentes em relação a um plano que passa pelo mesmo fluido.
Mas, 
Logo: 
Exercício 5
A figura ilustra um líquido A de massa específica ρA, no interior de um tubo em U, sob uma coluna de altura h de um líquido B, de massa específica ρB, colocado num dos ramos e sob a coluna de altura H de um líquido C, de massa específica ρC, colocado no outro ramo. Determine H.
Atividade Estruturada (entregar)
1) Um tubo em U de seção uniforme 4 cm2 contém água até metade de sua altura. Determinar de quanto sobe a água num dos ramos, acima da linha da interface, se no outro for colocada uma porção de 16 g de óleo de densidade 0,8 g/cm3. Resp.: 4 cm
2) Os pistões de uma prensa hidráulica de um sucateador de automóveis têm, respectivamente, 1 m e 3 m de diâmetro. Uma força de 100 kgf atua no pistão menor. Que força deve ser aplicada pelo pistão maior, para funcionar a prensa? Resp.: 900 kgf
3) Uma placa circular com diâmetro igual a 50 cm possui um peso de 200N, determine em Pa a pressão exercida por essa placa quando a mesma estiver apoiada sobre o solo. Resp.: 1018,6 N/m2
4) A janela de um escritório tem dimensões de 4,2 m por 3,5 m. Como resultado de uma tempestade, a pressão do ar do lado de fora cai para 0,96 atm, mas a pressão do lado de dentro permanece de 1 atm. Qual o valor da força que puxa a janela para fora? (1 atm = 1,013 x 105 Pa) 
 Resp.: 59,56 kN
Atividade Estruturada (entregar)
5) Um tubo em forma de U contém dois líquidos em equilíbrio estático: no lado direito existe água de massa específica ρa = 998 kg/m3, e no lado esquerdo existe óleo de massa específica desconhecida ρóleo. Os valores das distâncias indicadas são L = 135 mm e d = 12,3 mm. Qual é a massa específica do óleo? 
 Resp.: 914,7 kg/m3
6) A figura ilustra um sistema de vasos comunicantes contendo água, que se encontra em repouso. Podemos assegurar que as pressões (P) nos pontos A, B e C obedecem à relação: 
 a) PA = PB > PC 
 b) PA > PB = PC 
 c) PA = PB = PC 
 d) PA < PB = PC 
 e) PA < PC < PB 
7) Em uma prensa hidráulica, o raio do êmbolo maior é o sêxtuplo do raio do êmbolo menor. Aplicando a força de 50N ao êmbolo menor, determine a força transmitida ao êmbolo maior. Resp.: 1800 N

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