Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
26 PRESSÃO HIDROSTÁTICA Objetivos Aplicar a definição de pressão. Constatar o princípio fundamental da hidrostática - Principio de Stevin. Construir um gráfico de pressão hidrostática versus altura de coluna líquida. Introdução Teórica Fluido: É toda substancia capaz de escoar, líquidos ou gases. Liquido é todo fluido que possui volume definido mas não possui forma definida. Enquanto os gases não possuem forma e volume definidos. Apresentam massas específicas caracterizadas por = m/V e peso especifico = g. Quando a superfície de um volume de fluido está sujeita a uma força qualquer, pode-se decompor essa força em uma força tangencial à superfície que será responsável pela deformação lateral do volume de fluido e, em uma força perpendicular à superfície que será responsável por uma tensão de compressão denominada pressão. Pressão (p): Define-se pressão exercida sobre uma superfície à grandeza escalar obtida da razão entre o módulo da força perpendicular a superfície pela área da superfície. A pressão em um ponto de um fluido em repouso é a mesma em qualquer direção. 𝑝 = ⃓ �⃗�⃓ 𝐴 Unidades de pressão No SI, [p] = N/m2 , denominada Pascal ( Pa). No C.G.S, [p] = dina/cm2 , denominada bária (b, ba). No Sistema técnico, [p] = kgf/cm2 Sistema inglês, [p] = psi (pounds per square inches = libras por polegada ao quadrado, lb/pol2) De uso industrial comum, [p] = bar = 106bária = Mba. Relação entre as unidades de pressão: 9,8.104Pa = 1kgf/cm2 = 0,98bar = 106bária = 14,2psi (lb/pol2) 27 Pressão hidrostática (p): Denomina-se pressão hidrostática ou pressão efetiva ás pressões no interior de um líquido devidas apenas ao peso do líquido. Em um ponto qualquer a uma profundidade h, abaixo da superfície de um líquido a pressão hidrostática neste ponto é dada por : pi = g hi Pressão total ou pressão absoluta : Denomina-se pressão absoluta à soma da pressão da coluna líquida com a pressão atmosférica. pabs = patm + g h Teorema Fundamental da Hidrostática ou Teorema de Stevin-Lagrange : A diferença das pressões entre dois pontos quaisquer de um mesmo líquido em equilíbrio, é igual ao produto do peso específico do líquido pela diferença de profundidade entre os dois pontos. dp = g dh Como para um mesmo fluido o Teorema de Stevin-Lagrange mantém uma relação constante, entre a altura e a pressão e pode-se escrever que ℎ = 𝑝 𝛾 e h, é chamada de carga de pressão e apresenta unidade de comprimento. É usada como uma medida de “pressão” de um fluido conhecido. As cargas de pressão mais utilizadas são: atm, mH2O (antigo mca), cmH2O ,mmHg Equivalência entre unidades de carga de pressão e pressão. 1 atm = 760 mmHg = 10,33 mH2O 1,033 kgf/cm2 = 1,013.106 ba = 1,013.105 Pa = 14,69 lb/pol2 ou 14,69 psi. Material utilizado Manometro, régua, béquer, bloco de madeira. Procedimento Verificação experimental da definição de pressão Para aplicar a definição de pressão, inicialmente meça a massa do paralelepípedo de madeira e calcule seu peso em newtons. Considere g=9,81m/s2. Em seguida, apoie o paralelepípedo sobre o papel, faça seu contorno e meça os lados com a régua. Calcule a área de apoio e a pressão exercida pelo bloco de madeira na mesa. Repita o procedimento para as outras diferentes áreas. 28 Resultados Peso ( N ) Pressão (Pa) Área Maior ( m2 ) Área Menor ( m2 ) Conclusão Comente se a força peso permaneceu ou não constante, se houve ou não variação de área de apoio na superfície do papel, e conclua baseado na definição, a razão da variação da pressão no papel. Verificação experimental do teorema de Stevin e suas consequencias Mergulhando-se num líquido um corpo qualquer, o líquido exercerá pressão em todas as faces deste corpo, superior, inferior ou laterais, proporcionalmente a profundidade da face. Consegue-se verificar este fato utilizando-se uma cápsula manométrica (sonda) ligada por um tubo de borracha a um manômetro, tubo na forma de U. Se o manômetro possuir um ramo aberto para a atmosfera e o outro dentro do fluido, os desníveis observados no líquido manométrico indicarão as pressões hidrostáticas exercidas na cápsula manométrica. O valor da pressão hidrostática (p), será igual ao produto do desnível pelo peso específico do líquido manométrico. Segure o cabo da cápsula manométrica e mergulhe-a verticalmente no interior do líquido e movimente-a horizontalmente. Observe no manômetro se houve ou não desnível do líquido manométrico. Agora movimente-a verticalmente. Observe o manômetro. Mergulhe a cápsula manométrica verticalmente em quatro posições diferentes no interior do béquer contendo água. 29 Meça a profundidade (h) da cápsula na água para cada caso e a correspondente variação de altura ( hm ) do álcool no manômetro. Sabendo que a densidade da água à temperatura ambiente (25oC) é 0,997g/cm3 , calcule a densidade do álcool. Calcule as respectivas pressões para água (p) e para o álcool (p´) utilizando as equações de pressão, g = 9,8 m/s2 e as respectivas densidades da água e do álcool. Lance os valores das pressões e das alturas correspondentes nas colunas da tabela abaixo. Construa em um mesmo gráfico as curvas da água e do álcool e determine suas equações. Bequer Manometro p ( Pa) h água ( m ) p ( Pa ) h m ( m ) p1 = h1 = p’1 = hm1 = p2 = h2 = p’2 = hm2 = p3 = h3 = p’3 = hm3 = p4 = h4 = p’4 = hm4 = Conclusão Explique a diferença observada nos dois tipos de movimento baseando-se na equação de pressão hidrostática. Que princípio ou teorema explica a transmissão da pressão da cápsula manométrica ao manômetro. Explique o tipo de curva e equação que você obteve. As pressões deveriam ou não, ser iguais no bequer e no manômetro, explique. Atividades 1. Qual a diferença entre um piezômetro e um manômetro? 2. Como funciona um barômetro de Fortin, um altímetro e um manômetro de Bourdon? 3. Qual a pressão absoluta no fundo de um tanque contendo uma coluna de 10m de óleo de densidade d = 0,8g/cm3, sabendo que a patm é equivalente a uma coluna de 712mmHg? 4. Determine a pressão atmosférica de Ribeirão Preto, em mmHg, sabendo que sua altitude média é 460 m e considerando que o peso específico do ar é constante e vale 12,93N/m3 Bibliografia BRUNETTI, F. Mecânica dos Fluidos. Ed. Pearson. São Paulo. 2005. TAGLIARO, A. Física. Edit. FTD. São Paulo. 1967.
Compartilhar