Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)

Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)


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Essas observações sugerem o modelo de líquido ilustrado na FIGURA 15.lb. Nela é 
representado um sistema no qual as moléculas estão vagamente unidas por ligações mo-
leculares fracas. As ligações são suficientemente fortes para fazer com que as moléculas 
nunca se distanciem muito entre si, mas não têm força suficiente para evitar que as mo-
léculas escorreguem umas em tomo das outras. 
ciume e densidade 
Cm parâmetro importante que caracteriza um sistema macroscópico é o seu volume V, a 
quantidade de espaço que ele ocupa. A unidade de volume do SI é o m3. Entretanto, tanto 
3 quanto, até certo ponto, litros (L) são unidades métricas de volume amplamente utiliza-
. _ ra maior parte dos casos, você deve convertê-las para m3 antes de realizar cálculos. 
Embora seja verdadeiro que 1 m = 100 cm, não é verdadeiro que 1 m3 = 100 cm3. A 
15.2 mostra que o fator de conversão de volume é 1 m3 = 106 cm3\u2022 Pode-se consi-
este processo como a elevação do fator de conversão linear à terceira potência: 
1 m3 = 1 m3 X ( 1 ~O ~m r = 106 cm3 
litro é igual a 1.000 cm3; logo, 1 m3 = 103 L. Um mililitro (1 mL) é o mesmo que 1 cm3. 
üm sistema também é caracterizado por sua densidade. Suponha que você tenha 
!versos blocos de cobre, cada qual de tamanho diferente. Cada bloco tem massa m e 
ulmne V distintos dos demais. Apesar disso, todos os blocos são de cobre, de modo que 
'Ye haver alguma grandeza que tenha o mesmo valor para todos os blocos, nos dizendo: 
-lsto é cobre, e não, algum outro material" . O mais importante desses parâmetros é a 
razão entre a massa e o volume, que chamamos de massa específiêa ou densidade de 
massa p (letra grega rô minúscula): 
m 
p =-
V 
(massa específica) 
Inversamente, um objeto de densidade p possui massa 
(15.1) 
r;=====:i=====;i 
As moléculas de gás 
eventualmente colidem 
umas contra as outras ... 
(b) Um líquido 
Um líquido possui 
uma superfície bem-
definida. ·\ 
.; 
As moléculas estão 
distanciadas entre 
si. Isso toma um 
gás compressível. 
········· ... 
. .. ou contra a 
parede. 
As molécul as 
estão tão próximas 
quanto possível. 
Isso toma 
um líquido 
incompressível . 
As moléculas têm ligações fracas entre si, 
que as mantém bem próximas umas das outras. 
Todavia as moléculas podem escorregar umas 
em tomo das outras, permitindo que o líquido 
flua e adquira a forma de seu recipiente. 
FIGURA 15.1 Modelos atômicos simples de 
gases e líquidos . 
Subdivida o cubo de lm X 1 m X 1 m em peque-
nos cubos com lados de 1 cm. Você obterá lOO 
rnbd ("''' " loogo d\u2022 cod' boro,. 
.,, 
lcm3 
..... ·100 cm de altura 
lm lm
3 100 cm 
de profun-
didade 
100 cn~,de largura ~·· 
"' 
lm 
Cabem 100 X 100 X lOO = 106 pequenos 
cubos de 1 cm3 no cubo grande de 1 m3. 
m=pV (15.2) FIGURA15.2 Há 106 cm3 em 1 m3. 
As unidades do SI de massa específica é o kg/m3. No entanto, a unidade g/cm3 também é 
amplamente usada. É preciso convertê-las para unidades do SI antes de realizar a maio-
ria dos cálculos. Deve-se converter gramas para quilogramas, e centímetros cúbicos para 
metros cúbicos. O resultado final é o fator de conversão 
1 g/cm3 = 1.000 kg/m3 
A densidade de massa ou massa específica geralmente é chamada simplesmente de 
"'densidade" quando não houver nenhum perigo de confusão. Entretanto, conheceremos 
444 Física: Uma Abordagem Estratégica 
TABELA 15.1 Densidades de fluidos em 
condições padrão de temperatura (O ºC) e 
pressão (1 atm) 
Substância p (kg/m3) 
Ar 1,28 
Álcool etílico 790 
Gasolina 680 
Glicerina 1.260 
Hélio gasoso 0,18 
Mercúrio 13.600 
Óleo (comum) 900 
Água do mar 1.030 
Água 1.000 
outros tipos de densidade na medida em que avançarmos, e, às vezes, é importante ser 
explícito em relação a que densidade estamos nos referindo . A Tabela 15.1 traz uma 
pequena lista de densidades de massa de diversos fluidos. Observe a enorme diferença 
entre as densidades de gases e de líquidos. Os gases têm densidades menores porque, 
neles, as moléculas estão mais afastadas entre si do que nos líquidos. 
O que significa dizer que a densidade da gasolina é de 680 kg/m3 ou, o que é equiva-
lente, 0,68 g/cm3? A densidade é uma razão entre a massa e o volume. Ela é muitas vezes 
descrita como a "massa por unidade de volume", mas para que isso faça sentido é preci-
so saber o que significa "unidade de volume". Independentemente de qual sistema de 
unidades de comprimento você utilizar, uma unidade de volume é uma dessas unidades 
elevada ao cubo. Por exemplo, se você medir o comprimento em metros, a unidade de 
volume é 1 m3. Porém, 1 cm3 é a unidade de volume se você medir o comprimento em 
cm, e 1 km3 é a unidade de volume se você medir o comprimento em quilômetros. 
A densidade é a massa de uma unidade de volume, sejam quais forem essas unida-
des. Dizer que a densidade da gasolina é de 680 k?;/m3 é o mesmo que dizer que a massa 
de 1 m3 de gasolina vale 680 kg. A massa de 1 cm de gasolina é 0,68 g, então a densida-
de da gasolina, nessa unidade, vale 0.68 g/cm3. 
A massa específica independe do tamanho do objeto, ou seja, a massa e o volume são 
parâmetros que caracterizam uma parte específica de alguma substância - cobre, diga-
mos - ao passo que a massa específica caracteriza a própria substância. Todas as partes 
de cobre têm a mesma massa específica, que difere da massa específica de qualquer ou-
tra substância. Desta forma, a massa específica nos permite falar sobre as propriedades 
do cobre em geral sem termos de nos referir a qualquer parte específica do cobre. 
EXEMPLO 15.1 Pesando o ar 
Qual é a massa de ar numa sala de estar com dimensões de 4,0 m X 6,0 m X 2,5 m? 
MODELO A Tabela 15.1 mostra a densidade do ar à temperatura de OºC. Ela não varia signifi-
cativamente para pequenas variações de temperatura (discutiremos essa questão no próximo 
capítulo), de modo que usaremos este valor mesmo que a maioria das pessoas mantenha suas 
salas de estar a temperaturas maiores de OºC. 
RESOLU00 O volume da sala é 
V= (4,0 m) X (6,0 m) X (2,5 m) = 60 m3 
A massa do ar é 
m = pV = (1,28 kg/m3) (60 m3) = 77 kg 
AVALIAÇÃO Essa massa é, talvez, maior do que a que você poderia esperar para uma substância 
que quase parece nem existir. Para fins de comparação, uma piscina deste tamanho conteria 
60.000 kg de água. 
PARE E PENSE 1s.1 Um pedaço de vidro é quebrado em duas 
partes de diferentes tamanhos. ~rdene em seqüência de-
crescente as densidades de massa dos itens a, b e c. 
15.2 Pressão 
"Pressão" é uma palavra que todos conhecem e usam. Você provavelmente tem uma 
idéia de senso comum sobre o que é pressão. Por exemplo, você sente os efeitos da va-
riação da pressão em seus tímpanos quando mergulha ou decola em um avião. Latas de 
creme de chantili sãô ""pressurizadas" para que seu conteúdo esguiche quando se aperta 
o bocal. É difícit abrir um pote de geléia _'.'. fechado a vácuo", mas isso fica fácil depois 
que o lacre é removido. 
CAPÍTULO 15 \u2022 Fluidos e Elasticidade 445 
Você com certeza já viu água jorrar por um orifício na parte lateral de um recipiente; 
como mostrado na FIGURA 15.:5. Observe que a água emerge a uma velocidade maior de um 
orifício em maior profundidade. E você provavelmente sentiu o ar jorrando de um furo em 
um pneu de bicicleta ou em um colchão de ar inflável. Essas observações sugerem que: 
\u2022 "Algo" empurra a água ou o ar lateralmente, para fora do orifício. 
\u2022 Em um líquido, este "algo" é maior quando a profundidade é maior. Em um gás, este 
"algo" parece ser o mesmo em todos os lugares . 
osso objetivo é transformar essas observações cotidianas em uma definição precisa de 
pressão. 
A FIGURA 15.4 mostra um fluido - seja ele um líquido ou um gás - exercendo pressão 
contra uma pequena área A com uma força F. Esta é a força que empurra o fluido para 
fora de um orifício. Na ausência de um orifício,