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HIDROSTÁTICA Centro Universitário Estácio da Bahia - FIB Cássia Juliana Fernandes Torres Engenheira Ambiental Engenheira de Segurança do Trabalho Engenheira de Segurança de Barragem Especialista em Geoprocessamento Mestre em Engenharia Ambiental Urbana/UFBA Doutoranda em Energia e Ambiente/Cienam/UFBA Ementa • Principais propriedades dos fluidos; • Teoremas de Pascal, Steven e Arquimedes; • Pressão e manometria. Conceito • A Hidrostática é a parte da Física que estuda os fluídos (tanto líquidos como gasosos) em repouso, ou seja, que não estejam em escoamento (movimento). Densidade (massa específica ou massa volumétrica) Densidade: Razão entre a massa e o volume de um corpo. Massa específica: Relação entre a massa e o volume de uma substância. 𝒅 = 𝒎 𝒗 Exemplo 1: Um bloco maciço de ferro apresenta massa de 39g e volume de 5cm³. Calcule a densidade com unidades em g/cm³, Kg/m³ E Kg/l. Resp: 7,8 g/cm³ ; 7,8*10³ kg/m³; 7,8 kg/l Massa específica da água: 1g/cm3 - Mais Utilizada para corpos heterogêneos; - Propriedade do corpo. - Mais Utilizada para corpos homogêneas; - Propriedade da substância. No S.I: Kg/m³ 1Kg = 1000g 1l = 1dm³ 1m³ = 10³ dm³ 1m = 100 cm Diferença entre massa específica e densidade Usa-se "densidade" para representar a razão entre a massa e o volume de objetos sólidos (ocos ou maciços). E "massa específica“ para líquidos e substâncias. Exemplo 2: Considere um cilindro com uma parte oca dentro, a outra parte oca esta vazia, e o resto do cilindro está preenchida com água. Encontre a densidade e a massa específica Dados: Volume do cilindro: 100cm³ Massa: 540g Volume da parte oca: 64cm³ Resp: a) 5,4g/cm³ b) 15g/cm³ Pressão Pressão – Relação entre a intensidade da força que atua perpendicularmente e a área que ela se distribui. 𝑃 = 𝐹 𝐴 Uma força exerce maior pressão se a área for menor! Manômetros – Aparelhos que medem a pressão Unidades (SI): Pascal (Pa) – Newton por metro quadrado (N/m²). Pressão O que exerce maior pressão sobre o solo? Pressão Atmosférica - Experiência de Torricelli Exemplo 3: Um mergulhador está a 50 m de profundidade, qual a pressão sobre ele? • Determinação da pressão atmosférica em um determinado local. • Se a experiência for feita à nível do mar (Patm = 1atm), a altura h é de 76cm, para qualquer que seja o comprimento do tubo. • A cada 10m coluna d’água, tem-se 1 atm de pressão. Maior coluna de ar, Maior PRESSÃO Fonte: http://fisicaevestibular.com.br/novo/mecanica/ hidrostatica/experiencia-de-torricelli-e-vasos- comunicantes-com-liquidos-imisciveis-em- equilibrio/ Pressão hidrostática - Teorema de Stevin O Teorema de Stevin nos diz que a diferença de pressão entre dois pontos distintos de um líquido homogêneo em repouso é igual a exercida pela coluna de fluido que os separa. De fato, tomemos dois pontos ,e, em profundidades, respectivamente, e, como na figura abaixo: Pb= 𝑷𝒂𝒕𝒎 + µgh Pontos que estejam a uma mesma altura estão submetidos a mesma pressão. Se o ponto estiver sobre a superfície livre do líquido a pressão será igual a pressão exercida pelo gás que estiver sobre a superfície. Pressão Pressão Hidrostática Pressão Atmosférica • Exemplo 4: Dois líquidos não-miscíveis estão em equilíbrio conforme figura abaixo. Calcule a relação entre as massas específicas dos líquidos A e B. Pressão Atmosférica - Experiência de Torricelli Resp: 1,2 Princípio de Pascal O Princípio de Pascal nos diz que qualquer alteração de pressão produzida em um líquido em equilíbrio é transmitida integralmente a todos os pontos do líquido, assim como às paredes do recipiente. • Princípio de ampliação de forças – Maior a área, maior a força. Se a A2 = 5ª1, então a F2 = 5F1 (Ampliação de forças) F = mg Pressão Exemplo 5: Um cubo de massa 200Kg e aresta de 2m está apoiado por uma de suas faces numa superfície horizontal, num local em que g = 10m/s². Calcule a pressão que o cubo exerce na superfície. Resp: 500 N/m² Exemplo 6: Num palco encontram-se uma bailarina de massa 50Kg e um elefante de massa de 2 toneladas. Num certo instante, a bailarina se apoia na ponta de um único pé, cuja área de contato com o solo é de 10cm² e o elefante se apoia nas quatro patas, cuja área de contato de cada pata com o solo é de 400cm². Obtenha a relação entre a pressão exercida no solo pela bailarina e pelo elefante. Resp: Pb = 4Pe 1 Tonelada = 1000Kg Teorema de Arquimedes Estabelece que em qualquer corpo mergulhado em um fluido em equilíbrio, surge uma força de direção vertical, aplicada de baixo para cima no centro de gravidade do volume de fluido deslocado pelo corpo e com intensidade igual ao peso desse volume. A essa força é dado o nome de empuxo. E = µL . VL . g Aplicando os conhecimentos... 1. Qual a pressão causada por uma força de intensidade 12N aplicada sobre uma superfície retangular de dimensões 15cm x 5cm? (Resp: 1600Pa) Exercícios 2. Qual a pressão exercida por um fluido de densidade 0,7kg/m³ que preenche um recipiente cilíndrico de 2m de altura? (Resp: 14 Pa) 3. A ferramenta usada em oficinas mecânicas para levantar carros chama-se macaco hidráulico. Em uma situação é preciso levantar um carro de massa 1000kg. A superfície usada para levantar o carro tem área 4m², e a área na aplicação da força é igual a 0,0025m². Qual a força aplicada para levantar o carro? (Resp: 6,25N) 4. Um cubo de volume 10cm³ pesa 50g. Colocada em uma caixa d'água ela afundará ou flutuará? Exercícios 6. Uma esfera de gelo de volume 5cm³ é colocada em um aquário com água. Qual a força exercida pela água sob a esfera? Dado: densidade do gelo=0,92g/cm³ e densidade da água=1g/cm³. (RESP: 4*10^-3N) 7. Em um submarino submerso a 100m abaixo do nível do mar está submetido a uma pressão de 11atm, quando ele sobe até uma altura de 50m abaixo do nível do mar qual é a pressão exercida sobre ele? Dados 1 atm=100000Pa, densidade da água=1000kg/m³ e aceleração da gravidade=10m/s² (RESP: 6 atm) OBRIGADA! torres_cjf@yahoo.com.br