Prévia do material em texto
1 INSTITUTO FEDERAL DE SÃO PAULO Campus São José dos Campos / PETROBRAS Atividades Disciplina: Mecânica dos Fluídos/Fenômenos dos Transportes Nome: Prontuário: Curso: Módulo: 1ª. LISTA DE MECÂNICA DOS FLUIDOS/FENOMENOS DOS TRANSPORTES Assunto: STEVIN E PASCAL Livro de Referência: FÍSICA BÁSICA, Nicolau, Toledo e Ronaldo. Ed. Atual. 3ª. Edição. São Paulo, 2009. Conceito de Pressão 1. (UERJ) – A razão entre a massa e o volume de uma substância, ou seja, a sua massa específica, depende da temperatura. A seguir são apresentados os gráficos da massa em função do volume para o álcool e para o ferro, ambos à temperatura de 0°C. Considere a massa específica do ferro e A a massa específica do álcool. De acordo com o gráfico, determine a razão e 𝜌𝐹𝑒 𝜌𝐴 . 2. (UFC) – Um recipiente de vidro, quando vazio, pesa 1,2.10-1N; quando cheio de gasolina pesa 3,2.10-1N; e quando cheio de água, pesa 4,2.10-1N. Calcule a massa específica da gasolina em Kg/m3. Considere a massa específica da água igual a 1000 Kg/m3. 3. (UFRJ) O gráfico ao lado representa a massa M em gramas em função do volume V em litros de gasolina. Baseado no gráfico, responda: a) Quantos gramas tem um litro de gasolina? b) O tanque de gasolina de um certo automóvel tem a forma de um paralelepípedo retângulo, cujas dimensões são: 25cm, 40cm e 50cm. Quantos quilogramas de gasolina transporta esse tanque cheio? 4. O peso de 5m3 de uma substância é 2.105N. Determine o seu peso específico. 2 5. (UFPE) Um tanque de plástico de dimensões 1,0m x 1,0m x 1,0m e massa desprezível pesa 1.104 N quando completamente cheio de água. Se o mesmo tanque for cheio de gasolina, seu peso é 7.103N. determine a massa específica da gasolina. Teorema de Stevin 6. Um bloco sólido, maciço e homogêneo, tem um volume de 10cm3 e massa de 105g. Determine a massa específica da substância que o constitui. 7. Um recipiente cilíndrico possui seção transversal com área de 10cm2 e altura de 5,0 cm. Ele está completamente cheio por um líquido cuja massa específica é de 2,0 g/cm3. Determine a massa do líquido. 8. Calcule a pressão no fundo horizontal de um lago à profundidade de 20m. São dados: pressão atmosférica=1,0. 105 N/m2; aceleração da gravidade de 10,0m/s2 e a massa específica da água igual a 1,0. 103 kg/m3. 9. Calcule a pressão nos pontos A, B e C de um lago, conforme figura abaixo. A pressão atmosférica é 1,0. 105 N/m2, = 1,0. 103 kg/m3 e a aceleração da gravidade de 10,0m/s2. 10. A pressão no interior de um líquido de massa específica 6,0.102 kg/m3 varia com a profundidade, conforme o gráfico. Determine a pressão total num ponto situado à profundidade de 30m no interior do líquido. Adote g=10m/s2. (R.: 2,8.105 Pa) 11. A figura abaixo mostra um recipiente contendo álcool cuja massa específica é 8000 kg/m3 e dois pontos, A e B, cuja diferença de cotas é igual a 17cm. Considerando g=10m/s2, e a massa específica do mercúrio igual a 13600 kg/m3, se a pressão no ponto B for igual a 780mmHg, qual é o valor para a pressão no ponto A? 12. Um reservatório contém líquido de massa específica 1,2 kg/m3. Qual a diferença de pressão entre os dois pontos do reservatório, um à profundidade de 775cm e outro à 850cm? 3 13. Submerso em um lago, um mergulhador constata que a pressão absoluta no medidor que se encontra no seu pulso corresponde a 1,6. 105 N/m2. Um barômetro indica ser a pressão atmosférica local. Considere a massa específica da água 1,0. 105 N/m2. Considere a massa específica da água 1000 kg/m3 e a aceleração da gravidade g=10m/s2. Em relação à superfície, o mergulhador encontra-se em qual a profundidade? 14. Com uma prensa hidráulica ergue-se um automóvel de massa 1000 Kg num local em que g=10m/s2. Sabendo que o êmbolo maior tem área de 2000 cm2 e o menor 10 cm2, qual a força necessária para manter o automóvel erguido? 15. Dois líquidos não miscíveis estão em equilíbrio conforme a figura abaixo. Calcule a relação entre as massas específicas dos líquidos A e B. Teorema de Pascal 16. A prensa hidráulica da figura abaixo consta de dois tubos com raios de, respectivamente, 10 cm e 30 cm. Aplica-se no êmbolo do cilindro menor uma força com intensidade de 90N. Determine a força aplicada no êmbolo maior. (R.: 810 N) 17. No exercício anterior, calcule o deslocamento do êmbolo menor para cada 30 cm de elevação do êmbolo maior. 18. Sabendo-se que a área da seção reta do êmbolo maior de uma prensa hidráulica apresenta 1m2, quanto deverá medir a do êmbolo menor para que a intensidade da força aplicada seja multiplicada por 1000? 19. Uma estudante de massa 50kg elevou, com seu peso, um caminhão de 3500kg, usando um elevador hidráulico. A figura mostra o elevador, que é constituído de dois cilindros verticais conectados a base. O cilindro A tem um pistão de área SA e o cilindro B, tem um pistão de área SB. O espaço entre os pistões foi preenchido com óleo mineral. Calcule a razão SA/SB, para que a estudante tenha obtido sucesso. (R.: 70) 20. Em uma prensa hidráulica, os êmbolos existentes em cada um dos seus ramos são tais que a área do embolo maior é o dobro da área do embolo menor. Se no embolo menor for exercida uma força de 200N, qual será a pressão exercida no êmbolo maior? 21. Um reservatório aberto em sua superfície possui 8m de profundidade e contém água, determine a pressão hidrostática no fundo do mesmo. Dados: H2O = 10000N/m³, g = 10m/s². 4 22. O nível de água contida em uma caixa d’água aberta à atmosfera se encontra 10m acima do nível de uma torneira, determine a pressão de saída da água na torneira. Dados: H2O = 10000N/m³, g = 10m/s². 23. As áreas dos pistões do dispositivo hidráulico mostrado na figura mantêm a relação 50:2. Verifica-se que um peso P colocado sobre o pistão maior é equilibrado por uma força de 30N no pistão menor, sem que o nível de fluido nas duas colunas se altere. Aplicando-se o princípio de Pascal determine o valor do peso P. 24. Na prensa hidráulica mostrada na figura, os diâmetros dos tubos 1 e 2 são, respectivamente, 4cm e 20cm. Sendo o peso do carro igual a 10000N, determine: a) a força que deve ser aplicada no tubo 1 para equilibrar o carro. b) o deslocamento do nível de óleo no tubo 1, quando o carro sobe 20cm. 25. Com uma prensa hidráulica, ergue-se um automóvel de massa 1,0 ton, num local onde a aceleração da gravidade é de 10m/s2. Qual a intensidade da força necessária para manter o automóvel erguido se o êmbolo maior tem área de 2,0.103 cm2 e o menor 10 cm2. 5 INSTITUTO FEDERAL DE SÃO PAULO Campus São José dos Campos / PETROBRAS Atividades Disciplina: Mecânica dos Fluídos/Fenômenos dos Transportes Nome: Prontuário: Curso: Módulo: 2ª. LISTA DE MECÂNICA DOS FLUIDOS/FENOMENOS DOS TRANSPORTES Assunto: MANOMETRIA 26. Para se determinar a pressão do ponto A em função das várias alturas das colunas presentes na figura aplica-se o teorema de Stevin em cada um dos trechos preenchidos com o mesmo fluido. 27. No manômetro diferencial mostrado na figura, o fluido A é água, B é óleo e o fluido manométrico é mercúrio. Sendo h1 = 25cm, h2 = 100cm, h3 = 80cm e h4 = 10cm, determine qual é a diferença de pressão entre os pontos A e B. Dados: H2O = 10000N/m³, Hg = 136000N/m³, óleo = 8000N/m³.28. O manômetro em U mostrado na figura contém óleo, mercúrio e água. Utilizando os valores indicados, determine a diferença de pressões entre os pontos A e B. Dados: H2O = 10000N/m³, Hg = 136000N/m³, óleo = 8000N/m³. 6 INSTITUTO FEDERAL DE SÃO PAULO Campus São José dos Campos / PETROBRAS Atividades Disciplina: Mecânica dos Fluídos/Fenômenos dos Transportes Nome: Prontuário: Curso: Módulo: 3ª. LISTA DE MECÂNICA DOS FLUIDOS/FENOMENOS DOS TRANSPORTES Assunto: CINEMÁTICA DOS FLUIDOS Data: ___/___/20__ 29. Calcular o tempo que levará para encher um tambor de 214 litros, sabendo-se que a velocidade de escoamento do líquido é de 0,3m/s e o diâmetro do tubo conectado ao tambor é igual a 30mm. 30. Uma mangueira é conectada em um tanque com capacidade de 10000 litros. O tempo gasto para encher totalmente o tanque é de 500 minutos. Calcule a vazão volumétrica máxima da mangueira. 31. Calcular a vazão volumétrica de um fluido que escoa por uma tubulação com uma velocidade média de 1,4 m/s, sabendo-se que o diâmetro interno da seção da tubulação é igual a 5 cm. 32. Um determinado líquido é descarregado de um tanque cúbico de 5m de aresta por um tubo de 5 cm de diâmetro. A vazão no tubo é 10 l/s, determinar: a) a velocidade do fluído no tubo. b) o tempo que o nível do líquido levará para descer 20 cm. 33. Calcule a vazão em massa de um produto que escoa por uma tubulação de 0,3m de diâmetro, sendo que a velocidade de escoamento é igual a 1,0m/s. Dados: massa específica do produto = 1200 kg/m³. 34. A vazão volumétrica de um determinado fluído é igual a 10 l/s. Determine a vazão mássica desse fluído, sabendo-se que a massa específica do fluído é 800 kg/m3. 7 INSTITUTO FEDERAL DE SÃO PAULO Campus São José dos Campos / PETROBRAS Atividades Disciplina: Mecânica dos Fluídos/Fenômenos dos Transportes Nome: Prontuário: Curso: Módulo: 4ª. LISTA DE MECÂNICA DOS FLUIDOS/FENOMENOS DOS TRANSPORTES Assunto: EQUAÇÃO DA CONTINUIDADE PARA REGIME PERMANENTE Data: ___/___/20__ 35. Para a tubulação mostrada na figura, calcule a vazão em massa, em peso e em volume e determine a velocidade na seção (2) sabendo-se que A1 = 10cm² e A2 = 5cm². Dados: ρ = 1000kg/m³ e v1 = 1m/s. 36. Água escoa na tubulação mostrada com velocidade de 2m/s na seção (1). Sabendo-se que a área da seção (2) é o dobro da área da seção (1), determine a velocidade do escoamento na seção (2). 8 37. Determine a velocidade do fluido nas seções (2) e (3) da tubulação mostrada na figura. Dados: v1 = 3m/s, d1 = 0,5m, d2 = 0,3m e d3 = 0,2m. 38. Para a tubulação mostrada determine: a) A vazão e a velocidade no ponto (3). b) A velocidade no ponto (4). Dados: v1 = 1m/s, v2 = 2m/s, d1 = 0,2m, d2 = 0,1m, d3 = 0,25m e d4 = 0,15m. 39. O motor a jato de um avião queima 1kg/s de combustível quando a aeronave voa a 200m/s de velocidade. Sabendo-se que ρAR=1,2kg/m³ e ρGÁS=0,5kg/m³ (gases na seção de saída) e que as áreas das seções transversais da turbina são A1 = 0,3m² e A3 = 0,2m², determine a velocidade dos gases na seção de saída. 9 40. Água escoa em regime permanente através do tubo de Venturi mostrado. Considere no trecho mostrado que as perdas são desprezíveis. A área da seção (1) é 20cm² e a da seção (2) é 10cm². Um manômetro de mercúrio é instalado entre as seções (1) e (2) e indica o desnível mostrado. Determine a vazão de água que escoa pelo tubo. 41. Água escoa em regime permanente através do tubo de Venturi mostrado. Considere no trecho mostrado que as perdas são desprezíveis. Sabendo-se que A1 = 2,5A2 e que 1 = 10 cm. Determine a vazão de água que escoa pelo tubo. 10 INSTITUTO FEDERAL DE SÃO PAULO Campus São José dos Campos / PETROBRAS Atividades Disciplina: Mecânica dos Fluídos/Fenômenos dos Transportes Nome: Prontuário: Curso: Módulo: 5ª. LISTA DE MECÂNICA DOS FLUIDOS/FENOMENOS DOS TRANSPORTES Assunto: EQUAÇÃO DA ENERGIA PARA FLUIDO IDEAL Data: ___/___/20__ 42. Determine a potência de uma turbina pela qual escoa água com uma vazão de 1200 litros/s. Dados: HT = 30m, η = 90%, ρH2O = 1000 kg/m³ e g = 10m/s². 43. Considere o esquema abaixo. Admitindo que a máquina é uma bomba de 5 KW e rendimento da bomba de 80%. A água descarrega na atmosfera a V=5m/s e a área de saída é de 100cm². Determinar a perda de carga entre 1 e 2 e a potência dissipada. 44. O reservatório mostrado na figura possui nível constante e fornece água com uma vazão de 15 litros/s para o tanque B. Verificar se a máquina é uma bomba ou uma turbina e calcule sua potência sabendo-se que η = 75%. Dados: H2O = 10000N/m³, Atubos = 10cm², g = 10m/s².