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10/5/2015 1 CCE1006 - BASES FÍSICAS PARA ENGENHARIA Aula 6: Mecânica dos Fluidos – Hidrostática AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Fluidos Nos Fluidos os esforços mecânicos se distribuem nas suas partículas: Densidade (massa específica): ρ = Massa/Volume [ ρ ] = kg/m³ (ou g/cm³, etc) Pressão: P = Força/Área [ P ] = N/m² = Pa (pascal) Fluidos com densidades diferentes: Volumes diferentes podem ter mesma massa Volumes iguais com massa diferente 10/5/2015 2 AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Fluidos Não-Compressíveis Como ρ = m/V : → m = ρ.V = ρ.h.A → F = m.g = ρ.h.A.g Em 1 → pressão P1 F1/A = ρ.h1.A.g / A = ρ. g.h1 Em 2 → pressão P2 F2/A = ρ.h2.A.g / A = ρ. g.h2 Diferença de pressão: P2 – P1 = ρ. g.h2 - ρ. g.h1 = ρ. g.(h2- h1) Logo: ΔP = ρ . g . Δh AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Fluidos Não-Compressíveis: Princípio de Pascal Princípio de PASCAL: “Líquidos transmitem integralmente a pressão exercida sobre eles.” Vasos Comunicantes: Como foi visto, ΔP = ρ . Δh . g P1 = P2 F1/A1 = F2/A2 F1 = F2 . A1/A2 Como A1> A2, F1>F2 Amplifica a força Se Δh = 0 → ΔP = 0 10/5/2015 3 AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Fluidos Não-Compressíveis: Corpos imersos ΔP = ρL . H . g P2 – P1 = (F2/A) - (F1/A) = ρL . H . g F2 – F1 = ρL . H . A . g m/V V ΔF = m.g Peso do líquido deslocado pela imersão. ↓ EMPUXO AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Paparente = ρ . H . A . g – ρL . H . A . g Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Fluidos Não-Compressíveis: Princípio de Arquimedes P = m . g (peso real) ΔF = peso do líquido deslocado (empuxo) Paparente = Preal – Δfempuxo ↓ Princípio de Arquimedes Paparente = (ρ – ρ L) H . A . g Peso aparente pode ser positivo, zero ou negativo. ρ > ρ L → corpo afunda (Pap > 0) ρ > ρ L → corpo fica parado (Pap = 0) ρ > ρ L → corpo flutua (Pap < 0) mobjeto mlíquido deslocado 10/5/2015 4 AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Fluidos Não-Compressíveis: Densímetro O Densímetro mede a densidade de líquidos. m . g = ρL . H . A . g ρL = m / H . A Na figura ao lado, temos a evolução de equilíbrio do densímetro. Da esquerda para a direita: a) bulbo de mercúrio (década de 1890); b e c) bolas de chumbo com detalhe da fixação (enquanto o da figura b (anos 1920) é fixado com algodão, o da figura c (anos 1930) é fixado por meio do estrangulamento do vidro; d) bolas de chumbo imobilizadas por disco de vidro (anos 1950); e) bolas de chumbo imobilizadas por resina (anos 1970). AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Exemplos Exemplo 1: Uma força de intensidade 2 N é aplicada perpendicularmente a uma superfície através de um pino de 1 mm2 de área. Determine a pressão, em N/m2 (Pa), que o pino exerce sobre a superfície. 10/5/2015 5 AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Exemplos Exemplo 2: Um objeto feito de ouro maciço tem 500 g de massa e 25 cm3 de volume. Determine a densidade do objeto em g/cm3 e kg/m3. Qual seria o volume desse objeto se o mesmo fosse feito de prata. (ρprata=10,5 g/cm 3) AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Exemplos Exemplo 3: Um reservatório contém água, cuja densidade é 1,0 103 kg/m3, até uma altura de 10m. a pressão atmosférica local é 105 N/m2 e a aceleração da gravidade é g= 10m/s2. determine a pressão no fundo do reservatório expressa em N/m2. 10/5/2015 6 AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Exemplos Exemplo 4: Três recipientes com alturas iguais a 0,5m, mas com formatos diferentes, são totalmente preenchidos com um mesmo liquido de densidade 103 kg/m3 como indica a figura. A área do fundo dos recipientes é 0,4m2 para todos eles. Sendo a aceleração da gravidade g = 10m/s2 e a pressão atmosférica igual a 105N/m2 . Determine a pressão total exercida no fundo dos três recipientes. AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Exemplos Exemplo 5: Uma força vertical de intensidade F, atuando sobre o êmbolo menor de uma prensa hidráulica, mantém elevado um bloco de 400 N de peso, como mostra a figura. Sabendo que a área do êmbolo maior é 8 vezes a área menor, determine o valor de F, em newtons. Considere g=10 m/s2. 10/5/2015 7 AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Exemplos Exemplo 6: Um objeto com massa de 2,50 kg e volume de 2,0 . 10-3 m³, está totalmente imerso num reservatório de água, considerando g= 10m/s2 e ρágua = 1,0 . 10 3 kg/m3 determine: a) Peso do objeto; b) Intensidade da força de empuxo que a água exerce sobre o objeto; c) Peso aparente do objeto quando imerso na água. AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Atividade – Experimento do submarino É possível apresentar o princípio de Arquimedes de maneira simples, com água e garrafas plásticas. Vocês deverão, com o auxílio do professor, elaborar o seguinte experimento de empuxo em pequenos grupos: tomar uma garrafa PET de 2L, sem rótulo e com tampa, um tubo de caneta esferográfica tipo “Bic”, duas tampas de caneta sem furos nas pontas, e cerca de 2L de água. 10/5/2015 8 AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Atividade – Experimento do submarino A caneta deve ser cortada na ponta próxima ao lado que escreve de forma que ambas as pontas fiquem em cortes paralelos e sem a carga. Em seguida, vocês devem tampar uma ponta e colocar cerca de 3 cm de água dentro, e aí tampar a outra ponta. Após encher completamente a garrafa, sem bolhas, a caneta deve ser introduzida. AULA 06: MECÂNICA DOS FLUIDOS – HIDROSTÁTICA Mecânica dos Fluidos – Hidrostática Atividade – Experimento do submarino Discutam o observado com base no princípio de Arquimedes: • O que acontece? Por quê? • Agora tampe a garrafa e observe. O que acontece? • Destampe a garrafa e observe. O que acontece?
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