Aula 1 Introdução, propriedades físicas dos fluidos e Sistema Internacional

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Engenharia Civil 
Mecânica dos 
Fluídos 
Ribeira do Pombal, Bahia 
Aula 1 
Prof. Jackson Rangel 
 
Faculdade Dom Luiz 
Introdução; 
Propriedades físicas dos fluidos; 
Sistema de unidades 
 
Tópicos abordados 
Introdução 
Definição: Hidráulica é a ciência que trata das leis de 
equilíbrio e movimento dos líquidos e da aplicação dessas 
leis à solução de problemas práticos. 
Principal foco de estudo 
Fluxo de líquidos limitados por paredes resistentes 
(Tubos e canais naturais e artificiais) 
Os trabalhos hidráulicos são conhecidos desde a 
mais remota antiguidade. 
 
Há mais de 3000 anos a.C., os egípcios já haviam 
construído obras hidráulicas monumentais, para a 
irrigação das margens do Rio Nilo. 
 
Os habitantes da Mesopotâmia já utilizavam os 
recursos da irrigação para a sua produção 
agrícola. 
Histórico da Hidráulica 
Os babilônicos, além da irrigação, já eram pródigos 
em serviços de drenagem. 
 
Com a hegemonia do Império Romano, os trabalhos 
hidráulicos tomaram grande impulso: 
 -Aquedutos 
 -Depósitos 
 -Cisternas 
 -Termas 
 -Banhos 
 -Canais e sistemas completos de irrigação em 
várias partes do mundo. 
Histórico da Hidráulica 
 Inicialmente a Hidráulica consistia apenas em uma 
arte empírica. 
 
As grandes obras hidráulica da antiguidade foram 
executadas com conhecimentos obtidos pela 
tradição. 
 
Os primeiros conhecimentos científicos só tiveram 
início com Arquimedes a 200 a.C.: 
 
“ Princípio da Hidrostática, relativo às pressões sobre 
os corpos imersos” g 
Histórico da Hidráulica 
A partir do século XVII a Ciência Hidráulica teve 
progresso, ainda com os estudos sobre Hidrostática 
de: Stevin e Galileu 
 
Torricelli: Enunciou o primeiro teorema da 
Hidrodinâmica e estabeleceu à relação entre a 
carga hidráulica e a velocidade de escoamento de 
um filete líquido, através de um orifício de parede 
delgada. 
Histórico da Hidráulica 
 Pascal, completou os trabalhos de Stevin. 
 
“Enunciando o seu célebre princípio sobre a 
distribuição das pressões no seio de uma massa 
líquida em equilíbrio.” 
 
 Imaginou a Prensa Hidráulica. 
Histórico da Hidráulica 
No século XVIII, Daniel Bernoulli, demonstrou 
teoricamente o Teorema de Torricelli, tentado 
antes por Newton. 
 
Teorema de Bernoulli – “ Estabelece a relação 
entre a energia de velocidade, energia de pressão 
e de posição da molécula de um fluido.” Princípio 
de conservação da energia”. 
 
Histórico da Hidráulica 
 
Daí por diante, a Hidráulica teve grande impulso 
nos seus diferentes segmentos com os estudos de: 
 
Euler; Prony, Chezy, Dubuat e inúmeros outros 
cientistas e pesquisadores. 
 
Histórico da Hidráulica 
Generalidades 
A Hidráulica é um ramo da Mecânica dos fluidos. 
Mecânica dos fluidos 
(desenvolvimento de dois ramos) 
Puramente teórico: análises matemáticas exatas 
baseadas nas leis da mecânica. Limitada por nem 
sempre resolver problemas práticos. 
Ramo prático: com ampla aplicação de 
experimento e acúmulo de dados para a utilização 
prática na engenharia. Limitada por não explicar as 
causas dos fenômenos (empírica). 
Hidráulica contemporânea 
Associação de ambos os ramos 
 Fenômenos examinados e modelados matematicamente, 
utilizando-se as leis da mecânica teórica; 
 
 Resultados obtidos comparados com dados 
experimentais para verificar a concordância entre teoria 
pura e prática; 
 
 Revisão das deduções e introdução de coeficientes de 
ajuste (adaptação). 
Dimensionamento de tubulações e canais; 
Dimensionamento de rede de abastecimento; 
Projetos de sistemas de irrigação e drenagem. 
Exemplos de aplicação 
Sistema de unidades 
MLT e FLT 
Sistemas de definição de características físicas de grandezas; 
Baseados nas unidades fundamentais de medidas. 
 
Massa: quantidade de matéria que um corpo contém 
MASSA, FORÇA, COMPRIMENTO E TEMPO 
Força: ação exercida no corpo pela gravidade 
Sistema de unidades 
Tabela 1. Análise dimensional de grandezas 
Sistema de unidades 
Quadro 1. Unidades nos Sistemas de Unidades CGS, MSK (SI) e MK*S 
Praticando 
1- Qual a massa necessária no MKS e MK*S para 
exercer um força de 1 kgf num local cuja 
aceleração de gravidade é de 1,1 m s-2? 
 
Resposta: a = 8,918 kg. 
 b = 0,909 UTM 
Praticando 
1- Transformar para o Sistema Internacional de 
Unidades (SI ou MKS). 
 
a) 3 UTM (massa); 
b) 36 km h-1(velocidade); 
c) 108 L h-1 (vazão); 
d) 1000 kgf m-3(peso específico). 
 
Propriedades físicas dos fluidos 
Definição 
Fluido: substância que se deforma continuamente quando 
submetida a uma tensão de cisilhamento (modalidade da 
matéria que compreende líquido e gases). 
Líquido: praticamente incompreensível e forma 
indefinida. 
Gases: possuem volume e forma indefinidas (variam 
consideravelmente o volume sob variações de pressão). 
Mobilidade – Qualidade ou propriedade do que é móvel 
ou obedece às leis do movimento. 
 
Massa específica (ρ) – Relação entre a massa da matéria 
por unidade de volume. 
 
 
 
 
Unidades: kg / m3, kg / dm3 e Ib / ft3 
V
m

Propriedades físicas dos fluidos 
 Peso específico (γ) – Relação entre peso da matéria por 
unidade de volume. 
 
Peso  Força = Produto da massa da matéria pela 
aceleração da gravidade 
 
 
 
 
 
 
Unidades: kgf / m3, kg / dm3 e Ib / ft3 
V
P

V
gm 
 g 
Propriedades físicas dos fluidos 
 Densidade (d) –Relação entre o peso específico de uma dada 
substância e o peso específico de uma substância padrão. 
 
Substância padrão para os líquidos: água à 15,5 ºC, ao nível do 
mar, cujo peso específico é 1000 kgf. m-3. 
Propriedades físicas dos fluidos 
 Viscosidade – Exprime a 
resistência de um fluido 
ao cisalhamento interno. 
 
 Qualquer força que tende 
a produzir o escoamento 
entre suas camadas. 
dz
dv
A
F

dz
dv
A
F

  Coeficiente de viscosidade dinâmica ou absoluta 
Propriedades físicas dos fluidos 
Viscosidade dinâmica ou absoluta 
 
 
 
 
MKS*  kgf.m-2s 
CGS  dina.cm-2s poise 
MKS  SI  N.m-2s μ=103 x 10-6 kgf.m-2s-1 
 
TLF
TL
L
L
F


 

2
12

Propriedades físicas dos fluidos 
Viscosidade cinemática 
 
 
 
 
 
MKS  SI  M2.S-1 v = 1,01 x 10-6 m2.s-1 H2O a 
20 ºC 
CGS  cm2.s-1 CGS stoke 
12
24
2
TL
TLF
TLF
v 







Propriedades físicas dos fluidos 
Coesão, adesão, tensão superficial e capilaridade - 
Propriedades que ocorrem na escala molecular, 
decorrentes da ação de forças de curto alcance como: 
 
a. Força de van Der Waals 
 
b. Pontes de Hidrogênio 
Propriedades físicas dos fluidos 
Compressibilidade () - Propriedade que têm os fluidos 
de reduzir de volume quando submetido a um aumento 
de pressão. (Variação do  com a pressão). 
 
 
 
 
 
 Elasticidade () - Inverso da compressibilidade 


1

Propriedades físicas dos fluidos 
VdPdV 
VdPdV

1

Propriedades físicas dos fluidos 
Coesão: Atração entre as moléculas do próprio líquido. 
Adesão: Atração entre as moléculas do sólido com o 
que está em contato. 
Tensão superficial (σ): É o trabalho por unidade de área 
necessário para trazer as moléculas às superfície do 
líquido. 
Ocorre quando a atração entre as moléculas do líquido é 
maior que a atração entre moléculas do líquido e do ar. A 
superfície de um líquido comporta-se como se estivesse 
coberto por uma película. 
Propriedades físicas dos fluidos 
Capilaridade: Fenômeno que ocorre quando se introduz 
um tubo de pequeno diâmetro em um recipiente com 
água. A água se eleva além do nível normal 
r
h

 cos2

em que: 
h – altura de elevação; 
σ – coeficiente de tensão superficial; 
γ – peso específico do líquido 
θ – ângulo de contato líquido-sólido (tudo); 
r – raio do capilar 
Propriedades físicas dos fluidos 
 Pressão (tensão) de vapor: É a pressão na qual umlíquido 
entra em ebulição. 
 
 Solubilidade dos gases em líquidos: Lei de Henry. “A uma 
temperatura constante, a massa de um gás dissolvido 
num líquido em equilíbrio de solubilidade (Saturado com 
gás) é diretamente proporcional à pressão parcial do 
gás”.