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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a pressão da atmosfera medindo a altura da coluna de líquido 
de um barômetro. 
CAPÍTULO 15 \u2022 Fluidos e Elasticidade 453 
A pressão média do ar ao nível do mar faz com que uma coluna de líquido em um ba-
rômetro de mercúrio permaneça 760 mm acima da superfície. Sabendo que a densidade 
do mercúrio é de 13.600 kg/m3 (a OºC), podemos usar a Equação 15.9 para determinar a 
pressão atmosférica média: 
Patmos = PHggh = (13.600 kg/m3)(9,80 m/s2)(0,760 m) 
= 1,013 X 105 Pa = lül,3 kPa 
Este é o valor mencionado anteriormente como "uma atmosfera padrão". 
A pressão barométrica varia ligeiramente de um dia para outro, de acordo com a 
mudança do clima. Sistemas meteorológicos são chamados de sistemas de alta pressão 
ou de sistemas de baixa pressão, dependendo se a pressão local, ao nível do mar, é maior 
ou menor do que uma atmosfera padrão. Uma pressão mais alta do que o normal é ge-
ralmente associada a tempo bom, ao passo que uma pressão mais baixa do que o normal 
indica chuva. 
Unidades de pressão 
a prática, a pressão é expressa em diversas unidades distintas. Este excesso de unidades 
e de abreviações tem origem histórica, uma vez que os cientistas e engenheiros que tra-
balhavam em diferentes assuntos (líquidos, gases de alta pressão, gases de baixa pressão, 
clima, etc.) desenvolveram o que consideravam ser as unidades mais convenientes. Essas 
unidades continuam a ser usadas por tradição, de modo que é necessário se familiarizar 
com as conversões entre elas. A Tabela 15.2 fornece as conversões básicas. 
TABELA 15.2 Unidades de pressão 
Didade Abreviação Valor correspondente a 1 atm Usos 
pascal Pa 101,3 kPa unidade do SI: 1 Pa = 1 
N/m2 
atmosfera atm 1 atm geral 
milímetros mmdeHg 760 mmdeHg pressão barométrica e 
de mercúrio gases 
polegadas pol 29,92 polegadas pressão barométrica nas 
de mercúrio previsão de tempo nos 
EUA 
por polegada psi 14,7 psi engenharia e indústria 
essão arterial 
- última vez que você fez um check-up, o médico pode ter lhe dito algo do tipo "sua 
ão arterial é de 120 por 80". O que significa isso? 
A cada 0,8 s, supondo uma freqüência de pulso de 75 batidas por minuto, o seu 
coração efetua uma "batida". Os músculos cardíacos se contraem e 11ombeiam sangue 
para a sua aorta. Esta contração aumenta a pressão em seu coração de maneira análoga a 
quando se aperta um balão. O aumento de pressão, de acordo com o princípio de Pascal, 
é transmitido por todas as artérias de seu corpo. 
A FIGURA 1s.1sé um gráfico da pressão que mostra como a pressão arterial é alterada 
durante um ciclo de batimento cardíaco. A condição médica de pressão alta geralmente 
significa que a sua pressão sistólica é maior do que o necessário para a circulação san-
güínea. A pressão alta causa estresse e esforço desnecessário em todo o sistema circula-
tório, muitas vezes resultando em sérios problemas médicos. A condição de pressão 
baixa pode fazer com que você se sinta tonto ao levantar rapidamente, pois a pressão não 
é adequada para bombear sangue para seu cérebro. 
A pressão arterial é medida com um manguito que é colocado em tomo do braço. O 
médico ou a enfermeira pressuriza o manguito, coloca um estetoscópio sobre a artéria 
do braço e, então, lentamente libera a pressão enquanto observa um manômetro. Inicial-
mente, o manguito comprime a artéria e corta o fluxo sangüíneo. Quando a pressão do 
manguito fica menor do que a pressão sistólica, o pulso de pressão durante cada batida 
do coração força a artéria a abrir brevemente, deixando passar um jorro de sangue. Você 
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' (\) . ;) 
(V', .... ;:;. 
Pressão arterial 
(mmdeHg) 
A pressão máxima é 
·chamada de pressão 
_ _... sistólica. É o primeiro 
..... / número que aparece nas 
120 
i leituras de pressão arterial. 
80 ~·····., 
O coração 
A pressão núnima é chama-
40 está se da de pressão diastólica. É 
contraindo. 
o segundo número nas 
leituras de pressão arterial. 
o t (s) 
o 0,2 0,4 0,6 0,8 
FIGURA 15.18 Pressão arterial durante um 
ciclo de batimento cardíaco. 
454 Física: Uma Abordagem Estratégica 
(a) 
. Densidade p 
A pressão p 1 deve-se 
à pressão atmosférica 
Po mais a pressão 
F/A 1 resultante de F1\u2022 
(b) 
Uma vez que o flu ido 
é incompressível, 
A 1d1 = A2d2\u2022 
A pressão P2 é Po 
mais F,IA2 mais pgh 
da çoluna de líquido 
de altura h. 
Volume 
Vz = Azdz 
FIGURA 15. 19 Um elevador hidráulico. 
consegue sentir isso, e o médico ou a enfermeira registra a pressão quando ouve que o 
sangue começa a fluir. Esta é a sua pressão sistólica. 
Esta pulsação do sangue por sua artéria dura até que a pressão do manguito atinja 
o valor da pressão diastólica. A seguir, a artéria permanece aberta continuamente, e o 
sangue flui suavemente. Esta transição é facilmente ouvida no estetoscópio, e o médico 
ou a enfermeira registra a sua pressão diastólica. 
A pressão arterial é medida em milímetros de mercúrio. Trata-se de uma pressão ma-
nométrica, o valor de pressão que excede 1 atm. Uma pressão arterial típica de um jovem 
adulto saudável é de 120/80, o que significa que a pressão sistólica é Pm = 120 mm de 
Hg (pressão absoluta p = 880 mm de Hg) e a pressão diastólica é de 80 mm de Hg. 
O elevador hidráulico 
O uso de líquidos pressurizados para realizar trabalho útil é uma tecnologia conhecida 
por hidráulica. O princípio de Pascal é a idéia fundamental subjacente aos aparelhos 
hidráulicos. Se a pressão em um ponto de um líquido for aumentada pela força de um 
pistão, esse aumento de.pressão será transmitido para todos os pontos do líquido. Um 
segundo pistão em algum outro ponto do fluido poderá, então, exercer uma força externa 
e realizar um trabalho útil. 
O sistema de freios de seu carro é um sistema hidráulico. O acionamento do freio 
pressiona o pistão do cilindro mestre e aumenta a pressão no fluido de freio. O próprio 
fluido praticamente não se desloca, porém o aumento de pressão é transmitido às quatro 
rodas, comprimindo as pastilhas de freio contra o disco de freio em movimento. Você 
terá usado um líquido pressurizado para atingir o objetivo útil de parar seu carro. 
Uma vantagem dos sistemas hidráulicos em relação a conexões mecânicas simples é 
a possibilidade de multiplicar a força. Para ver como isso ocorre, vamos analisar um 
elevador hidráulico, como o que levanta o seu carro na oficina mecânica. A FIGURA 1s.19a 
mostra a força F2, possivelmente devido ao peso de uma massa m, exercendo uma pressão 
sobre um líquido por meio de um pistão de área A2\u2022 Uma força muito menor F1 exerce 
pressão sobre um pistão de área A 1\u2022 É possível que este sistema esteja em equilíbrio? 
Como já sabemos, a pressão hidrostática é a mesma em todos os pontos de uma linha 
horizontal através de um fluido. Considere a linha passando pela interface líquido/pistão 
à esquerda da Figura 15.19a. As pressões p 1 e p 2 devem ser iguais; logo, 
F1 Fz 
Po + - = Po + - + pgh (15.10) 
A1 A2 
A atmosfera exerce pressão igual em ambos os lados, de modo que ela se neutraliza. O 
sistema se encontrará em equilíbrio estático se 
A2 F2 = -F1 - pghA2 (15.11) A1 
Se a altura h for muito pequena, de forma que o termo pghA2 seja desprezível, então 
F2 (o peso do objeto mais pesado) será maior do que F 1 pelo fator A/A 1.Em outras pala-
vras, uma pequena força exercida sobre um pistão pequeno pode.realmente sustentar um 
carro grande porque as duas ·exercem a mesma pressão no fluido . A razão A/A 1 é o fator 
multiplicador de força. 
NOTA ~ A força F2 é a força com que o objeto pesado empurra o líquido para baixo. De 
acordo com a terceira lei de Newton, o líquido empurra o objeto para cima com uma 
força de mesmo módulo. Logo, F2 na Equação 15.11 é a "força de levantamento". ,... 
Suponha que precisemos levantar o carro a uma altura maior. Se o pistão 1 for com-
primido