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UNIP- UNIVERSIDADE PAULISTA CAMPUS SOROCABA LARISSA RODRIGUES COELHO RA:B6219I-0 ESTÁTICA DOS FLUIDOS SOROCABA 2015 SUMÁRIO INTRODUÇÃO DEFINIÇÃO DE FLUIDO MASSA ESPECÍFICA PESO ESPECÍFICO PESO ESPECÍFICO RELATIVO SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES DEFINIÇÃO DE PRESSÃO ESTÁTICA UNIDADES DE PRESSÃO O TEOREMA DE STEVIN A EQUAÇÃO MANOMÉTRICA 1 INTRODUÇÃO A matéria é apresentada em algum dos três estados seguintes: sólido, líquido o gasoso. Existe um quarto estado da matéria denominado plasma que é essencialmente um gás ionizado com igual número de cargas positivas que negativas. Um sólido cristalino é aquele que tem uma estrutura periódica e ordenada, como consequência, tem uma forma que não varia, salvo pela ação de forças externas. Quando é aumentada a temperatura, os sólidos se fundem e passam para o estado líquido. As moléculas já não permanecem em posições fixas, embora as interações entre elas segue sendo suficientemente grande para que o líquido possa mudar de forma sem mudar de volume, adaptando-se ao recipiente que o contém. No estado gasoso, as moléculas estão em continuo movimento e a interação entre elas é muito fraca. As interações tem lugar, quando as moléculas chocam entre sí. Um gás se adapta ao recipiente que o contém porém trata de ocupar todo o espaço disponível. 2 DEFINIÇÃO DE FLUIDO Formalmente, um fluido é uma substância que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento em contraste, um sólido experimenta, nessas condições, uma deformação que é proporcional à intensidade da força aplicada. Uma definição equivalente é a seguinte: fluido é uma substância que, quando em repouso, não oferece resistência a uma força de cisalhamento. Ou seja, ao contrário de um sólido, um fluido não é capaz de exercer uma força de resistência proporcional à deformação (F = kx), embora possa ser capaz de exercer uma força de resistência proporcional à velocidade da deformação (F = kv). Fluidos constituem o que se conhece pelos estados líquido e gasoso da matéria. São exemplos de fluidos a água, o ar, o sangue e o vidro. Os fluidos quase sempre caracterizam-se por partículas fracamente ligadas, apresentando considerável mobilidade. A estrutura não apresenta simetria de translação ou periodicidade, exceto quando se trata de materiais conhecidos como Cristais Líquidos. Em um líquido, o volume é pouco sensível a variações de pressão (fluido incompressível); em um gás, o volume varia bastante de acordo com a pressão. 3 MASSA ESPECÍFICA É representada pela letra grega mi (µ) – do material do qual é feito o corpo. No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de massa específica ou densidade é o kg/m3, mas frequentemente são usadas as unidades g/cm3 e kg/L. Portanto, podemos escrever: Não podemos nos esquecer de que, de acordo com os estudos da Termologia, a densidade de uma substância varia com a temperatura, e no caso dos gases varia também com a pressão. 4 PESO ESPECÍFICO O peso específico é definido como o peso por unidade de volume. No SI a unidade é: N/m3. É calculado multiplicando-se a massa volúmica do material kg/m3 pela aceleração da gravidade m/s². Tem como símbolo a letra grega gama ɣ, e é igual ao produto da massa específica pela aceleração da gravidade: ɣ = d.g Valores mais usuais: ɣ da água: 9790,4 N/m³ (T= 20ºC e P= 1atm) ɣ da glicerina: 12360,6 N/m³ (T=20ºC e P= 1 atm). 5 PESO ESPECÍFICO RELATIVO O peso específico relativo o qual representa a relação entre o peso específico do fluído em estudo e o peso especifico da água. Formula: ɣR=ɣ/ɣH20 onde ɣR é o peso específico relativo do fluído em estudo e ɣH20 o peso especifico da água. 6 SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES É a forma moderna do sistema métrico e é geralmente um sistema de unidades de medida concebido em torno de sete unidades básicas e da conveniência do número dez. É o sistema de medição mais usado do mundo, tanto no comércio todos os dias e na ciência. O SI um conjunto sistematizado e padronizado de definições para unidades de medida, utilizado em quase todo o mundo moderno, que visa a uniformizar e facilitar as medições e as relações internacionais daí decorrentes. UNIDADES DO SI Básicas Grandeza Unidade Símbolo Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Corrente elétrica ampere A Temperatura termodinâmica kelvin K Quantidade de matéria mol mol12 Intensidade luminosa candela cd Derivadas Grandeza Unidade Símbolo Dimensional analítica Dimensional sintética Ângulo plano radiano rad 1 m/m Ângulo sólido esferorradiano1 sr 1 m²/m² Atividade catalítica katal kat mol/s --- Atividade radioativa becquerel Bq 1/s --- Capacitância farad F A²·s²·s²/(kg·m²) A·s/V Carga elétrica coulomb C A·s --- Condutância siemens S A²·s³/(kg·m²) A/V Dose absorvida gray Gy m²/s² J/kg Dose equivalente sievert Sv m²/s² J/kg Energia joule J kg·m²/s² N·m Fluxo luminoso lúmen lm cd cd·sr Fluxo magnético weber Wb kg·m²/(s²·A) V·s Força newton N kg·m/s² --- Freqüência hertz Hz 1/s --- Indutância henry H kg·m²/(s²·A²) Wb/A Intensidade de campo magnético tesla T kg/(s²·A) Wb/m² Luminosidade lux lx cd/m² lm/m² Potência watt W kg·m²/s³ J/s Pressão pascal Pa kg/(m·s²) N/m² Resistência elétrica ohm Ω kg·m²/(s³·A²) V/A Temperatura em Celsius grau Celsius °C --- --- Tensão elétrica volt V kg·m²/(s³·A) W/A 7 DEFINIÇÃO DE PRESSÃO ESTÁTICA A pressão estática é a pressão que age da mesma forma em todas as direções e que é inerente à seção do escoamento a dada vazão. A tomada da pressão estática é perpendicular ao escoamento. 8 UNIDADES DE PRESSÃO Denomina-se pressão à grandeza física que mede a força que se exerce por unidade de área. Algumas das unidades utilizadas para expressá-la são: Gigapascal (GPa), 109 Pa Megapascal (MPa), 106 Pa Quilopascal (kPa), 103 Pa Pascal (Pa), unidade derivada de pressão do SI, equivalente a um newton por metro quadrado ortogonal à força. 9 TEOREMA DE STEVIN O Teorema de Stevin, ou Lei de Stevin é um princípio físico que estabelece que a pressão absoluta num ponto de um líquido homogêneo e incompressível, de densidade d e à profundidade h, é igual à pressão atmosférica (exercida sobre a superfície desse líquido) mais a pressão efetiva1 , e não depende da forma do recipiente: ou seja, onde, no SI: corresponde à pressão hidrostática, é a densidade do líquido, é a aceleração da gravidade, é a medida da coluna de líquido acima do ponto — ou seja, a profundidade na qual o líquido se encontra (em metros) —, e corresponde à pressão atmosférica (em pascals). Simon Stevin foi um físico e matemático de Flanders que concentrou suas pesquisas nos campos da estática e da hidrostática, no final do século XVI, e desenvolveu estudos também no campo da geometria vetorial. Entre outras coisas, ele demonstrou, experimentalmente, que a pressão exercida por um fluido depende exclusivamente da sua altura. A lei de Stevin está relacionada às verificações que podemos fazer sobre a pressão atmosférica e a pressão nos líquidos. Como sabemos, dos estudos no campo da hidrostática, quando consideramos um líquido qualquer que está em equilíbrio, as grandezas a considerar são: massa específica (densidade), aceleração da gravidade (g), e altura da coluna de líquido (h). 10 A EQUAÇÃO MANOMÉTRICA Possibilita a determinação da diferença de pressão entre dois pontos do escoamento: p1 - p2 = h x (gHg - gsalmoura ) - equação manométrica Através da diferença de pressão (obtida pela equação manométrica), podemos determinar a perda de carga no trecho, que para o exemploé a perda de carga distribuída. Hinicial + Hmáquina = Hfinal + Hperdas Como para o trecho esquematizado não temos máquina, o mesmo está em um mesmo plano horizontal (z=cte) e a área é constante (v=cte), podemos escrever que: 11 CONSIDERAÇÕES FINAIS A mecânica dos fluidos é o ramo da mecânica que estuda o comportamento físico dos fluidos e suas propriedades. Os aspectos teóricos e práticos da mecânica dos fluidos são de fundamental importância para a solução de diversos problemas encontrados habitualmente na engenharia, sendo suas principais aplicações destinadas ao estudo de escoamentos de líquidos e gases, máquinas hidráulicas, aplicações de pneumática e hidráulica industrial, sistemas de ventilação e ar condicionado além de diversas aplicações na área de aerodinâmica voltada para a indústria aeroespacial. O estudo da mecânica dos fluidos é dividido basicamente em dois ramos, a estática dos fluidos e a dinâmica dos fluidos. A estática dos fluidos trata das propriedades e leis físicas que regem o comportamento dos fluidos livre da ação de forças externas, ou seja, nesta situação o fluido se encontra em repouso ou então com deslocamento em velocidade constante, já a dinâmica dos fluidos é responsável pelo estudo e comportamento dos fluidos em regime de movimento acelerado no qual se faz presente a ação de forças externas responsáveis pelo transporte de massa. Dessa forma, pode-se perceber que o estudo da mecânica dos fluidos está relacionado a muitos processos industriais presentes na engenharia e sua compreensão representa um dos pontos fundamentais para a solução de problemas geralmente encontrados nos processos industriais. 12 REFERÊNCIAS http://www.bertolo.pro.br/ http://www.engbrasil.eng.br/
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