Inspetor de dutos-PROMINP-02fisica

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INSPETOR DE DUTOS TERRESTRES NÍVEL 1
NOÇÕES DE FÍSICA
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NOÇÕES DE FÍSICA
1.0 Propriedades Térmicas dos Materiais
A medida da quantidade de calor trocada entre dois corpos é uma medida de energia.
A unidade de medida é o joule (SI), entretanto utiliza-se também como medida das quantidades de 
calor, a caloria (cal), unidade estabelecida antes de o cientista Joule identificar o calor como uma forma 
de energia.
1 cal = 4,186 joules
Noção de Temperatura
Considera-se a temperatura de um corpo como a medida do grau de agitação das suas moléculas.
Entre dois corpos de temperaturas diferentes postos em contato, haverá transferência de calor.
A situação final de equilíbrio, que traduz uma igualdade de temperatura dos corpos, constitui o 
equilíbrio térmico.
Dois corpos em equilíbrio térmico possuem obrigatoriamente temperaturas iguais.
Os Estados de Agregação da Matéria
As fases: sólida, líquida e gasosa constituem os estados de agregação da matéria. De um modo 
geral, os materiais que nos rodeiam podem se encontrar em três estados de agregação: SÓLIDO, 
LÍQUIDO e GASOSO.
Um sólido tem seu volume e forma definida. Um líquido assume a forma do recipiente que o 
contém, mas o seu volume é definido. Um gás (ou vapor) preenche totalmente um recipiente fechado, 
qualquer que seja a sua forma.
Os estados de agregação são explicados admitindo que qualquer matéria é formada de moléculas 
e que estas estão em movimento, mais ou menos intenso, com maior ou menor liberdade, dependendo 
do estado de agregação.
Estado sólido: forças de coesão intensas, forma e volume bem definido.
Estado líquido: forças de coesão menos intensas, mas ainda apreciáveis; forma variável e volume bem 
definido.
Estado gasoso: forças de coesão extremamente fracas; não apresenta forma nem volume definidos.
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1.1 Mudanças de Estado da Matéria
 meio mais frio meio mais quente
Figura 1.1.1 – Ciclo de Mudanças de Estado
1.2 Temperatura
A sensação térmica é o primeiro e impreciso critério para introduzir a noção de temperatura.
O Termômetro é um sistema auxiliar que permite, indiretamente, avaliar a temperatura de um corpo. O 
mais usado é o termômetro de mercúrio.
Função termométrica de um termômetro é a expressão que relaciona os valores da grandeza 
termométrica com os valores da temperatura.
1.3 Escalas Termométricas
Para a graduação de um termômetro comum de mercúrio, procede-se da seguinte maneira:
 Escolhem-se dois sistemas cujas temperaturas sejam invariáveis ao longo do tempo e que possam 
ser facilmente reproduzidos quando necessário. Estes sistemas são denominados pontos fixos, 
sendo usualmente escolhidos:
 Primeiro ponto fixo (ponto do gelo): fusão do gelo sob pressão normal (1 atmosfera) – tG
 Segundo ponto fixo (ponto do vapor): ebulição da água sob pressão normal (1 atmosfera) – Tv
 O termômetro é colocado em presença dos sistemas que definem os pontos fixos. A cada um vai 
corresponder uma altura da coluna líquida. A cada altura atribui-se um valor numérico arbitrário de 
temperatura, geralmente fazendo o menor corresponder ao ponto do gelo (tG) e o maior ao ponto do 
vapor (tV).
Figura 1.3.1 – Exemplo Prático de Mudança de Estado
 O intervalo delimitado entre as marcações feitas (correspondentes às temperaturas tV e tG) é 
dividido em partes iguais. Cada uma das partes em que fica dividido o intervalo é a unidade da 
escala (o grau da escala)
Atualmente a escala mais usada é a escala Celsius, que adota os valores 0 (zero) para o ponto 
do gelo e 100 (cem) para o ponto do vapor. O intervalo entre os pontos fixos é divido em 100 partes. 
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SÓLIDO
VAPORIZAÇÃO
SOLIDIFICAÇÃO
O
Cada uma dessas partes é a unidade da escala, o grau Celsius, cujo símbolo é ºC, conforme figura 
1.3.2.
Em países de língua inglesa usa-se a escala Fahrenheit, a qual adota os valores 32 para o ponto 
do gelo e 212 para o ponto do vapor. O intervalo é dividido em 180 partes, cada uma das quais é o grau 
Fahrenheit, cujo símbolo é ºF, conforme figura 1.3.3.
1.4 Conversão entre as Escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin
Figura 1.4.1 – Conversão entre as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin
2.0 Hidrostática
O que é um fluido?
Você provavelmente pensa em um fluido como sendo um líquido. Mas, um fluido é qualquer coisa 
que pode fluir, escoar. Isto incluem líquidos. Mas, gases também são fluidos.
Quando um fluido está em repouso ou em equilíbrio, o ramo da Física que estuda os efeitos 
sofridos pelo fluido nessa situação é a Hidrostática. Para melhor análise desse fenômeno devemos 
conhecer alguns conceitos fundamentais.
2.1 Densidade
Ao lançarmos dentro de uma vasilha com água objetos maciços feitos de substâncias diferentes, 
podemos observar fenômenos diferentes uns afundam outros flutuam na superfície e outros mantém 
parte de seu volume submerso. Isso ocorre devido a propriedade específica da cada corpo conhecida 
como densidade absoluta ou massa específica, que pode ser expressa como sendo a razão entre a 
massa do corpo e o seu volume.
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32212
32
0100
0
−
−=
−
−= FC tt
b
a
180
32
100
−= FC tt
9
32
5
−= FC tt ( )32
9
5 −= FC tt
328,1 += CF tt
Lembrete:
K=°C+273
 
F i g u r a 1 . 3 . 2 – E s c a l a C e l s i u s F i g u r a 1 . 3 . 3 – E s c a l a F a h r e n h e i t 
V
m=µ
É importante ressaltar que a densidade de um corpo não coincide com o valor da densidade 
absoluta da substância que compõe o corpo. Essa coincidência só ocorre quando o corpo for maciço e 
for composto somente por uma substância.
A unidade de medida aceita internacionalmente para densidade absoluta é o quilograma por metro 
cúbico (kg/m3), mas podemos utilizar outras unidades como o grama por centímetro cúbico (g/cm3) ou 
quilograma por litro (kg/l). Para facilitar podemos estabelecer a seguinte relação entre elas:
1g/cm3 =103 kg/m3=1 kg/l
No quadro a seguir exemplo de algumas densidades:
Tabela 2.1.1 – Quadro de Densidades
Substância ou mistura Densidade (g/cm3)
Ar (0º, 1atm) 1,3.10-3
álcool 0,79
gelo 0,92
água 1,00
alumínio 2,70
ferro 7,85
chumbo 11,3
mercúrio 13,6
platina 21,4
2.2 Peso Específico
O peso específico de uma substância é a razão entre o peso e o volume dessa substância:
V
p=ρ
A unidade de peso específico no S.I. é o Newton por metro cúbico (N/m3).
2.3 Conceito de Pressão
A pressão que atua sobre uma superfície é diretamente proporcional a força que atua sobre o a 
superfície e inversamente proporcional a área sobre na qual está atuando.
A
FP =
50
No Sistema Internacional de Medidas a unidade de pressão é o Newton por metro quadrado 
(N/m2), também conhecido como Pascal (Pa).
2.4 Pressão Hidrostática
Pressão hidrostática ou pressão efetiva (Pef) num ponto de um fluido em equilíbrio é a pressão 
que o fluido exerce no ponto em questão. A pressão efetiva depende somente da densidade do fluido, da 
altura do fluido acima e da aceleração gravitacional. 
Figura 2.4.1 – Exemplo prático de pressão hidrostática
Note que o ponto 2 não precisa estar diretamente abaixo do ponto 1; basta que ele esteja a uma 
distância vertical h abaixo do ponto 1. Isto significa que qualquer ponto a uma mesma profundidade em 
um fluido estático possui a mesma pressão. 
A pressão absoluta ou pressão total no fundo do recipiente é a soma da pressão atmosférica 
(sobre a superfície do liquido) mais a pressão efetiva.
hgpp atmabs ⋅⋅+= µ
Além dos conceitos fundamentais a Hidrostática tem suas bases em três teoremas conhecidos 
como: Teorema de Stevin, Teorema de Pascal e Teorema de Arquimedes.
2.5 Medidores de Pressão
A relação entre pressão e profundidade é muito utilizada em instrumentos que medem pressão. As 
figuras 2.5.1 e 2.5.2 são exemplos de manômetros com tubo fechado e com tubo aberto. A medida é feita 
comparando-se a pressão em um lado do tubo com uma pressão conhecida (calibrada) no outro lado. 
Um barômetro típico de mercúrio é um manômetro detubo fechado. A parte fechada é próxima a 
pressão zero, enquanto que o outro extremo é aberto à atmosfera, ou é conectada onde se quer medir 
uma pressão. Como existe uma diferença de pressão entre os dois extremos do tubo, uma coluna de 
fluido pode ser mantida no tubo. Sabendo-se que a altura da coluna é proporcional à diferença de 
pressão, se a pressão no extremo fechado for zero, então a altura da coluna é diretamente proporcional à 
pressão no outro extremo. A figura 2.5.3 mostra um manômetro analógico usualmente utilizado no campo 
para teste hidrostático.
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hgpef ⋅⋅= µ
 
F i g u r a 2 . 5 . 1 – M a n ô m e t r o d e F i g u r a 2 . 5 . 2 – M a n ô m e t r o d e 
 t u b o f e c h a d o t u b o a b e r t o 
Figura 2.5.3 – Manômetro Analógico
2.6 Teorema de Stevin
O Teorema de Stevin ou Teorema Fundamental da Hidrostática, afirma que a diferença de pressão 
entre dois pontos de um fluido em equilíbrio é igual a diferença entre as profundidades dos pontos.
Obs.: Pressãonormal = 1 atm = 1,013.105N/m2 = 760mmHg
2.7 Teorema de Pascal
A pressão aplicada a um fluido dentro de um recipiente fechado é transmitida, sem variação, a 
todas as partes do fluido, bem como às paredes do recipiente. 
A pressão aplicada a um fluido em equilíbrio se transmite integralmente a todos os pontos desse 
fluido.Temos diversos exemplos práticos desse princípio como: a pressão, macaco, freio hidráulico, entre 
outros. Dessa forma podemos expressar o princípio de Pascal pela expressão a seguir:
2
2
1
1
A
F
A
F
=
Em um elevador hidráulico no (posto de gasolina) uma pequena força aplicada a uma pequena 
área de um pistão é transformada em uma grande força aplicada em uma grande área de outro pistão 
(ver figura 2.7.1). Se um carro está sobre um grande pistão, ele pode ser levantado aplicando-se uma 
força F1 relativamente pequena, de modo que a razão entre a força peso do carro (F2) e a força aplicada 
(F1) seja igual à razão entre as áreas dos pistões. 
Figura 2.7.1 – Exemplo de um elevador hidráulico
2.8 Teorema de Arquimedes
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hgp ∆⋅⋅=∆ µ
2
1
2
1
A
A
F
F =21 PP =
2
2
1
1
A
F
A
F =
A1 A2
"Todo corpo mergulhado na água recebe um impulso ou empuxo (força), de baixo para cima igual 
ao peso do líquido deslocado".
Conta a história que o princípio de Arquimedes surgiu quando Hierão, tirano de Siracusa entregou 
ao seu joalheiro ouro e prata para fazer uma coroa. Feita a coroa, rei desconfiou do joalheiro. "Será que 
ele não substituiu parte do ouro por um outro material?“
Heirão pediu a Arquimedes, o maior sábio de Siracusa, que resolvesse o caso (a dúvida) sem 
destruir a coroa: "Arquimedes quero saber se houve fraude. Resolva este caso: do contrário cortar-lhe-ei 
a cabeça!"
Um dia, quando se banhava pensando sempre na coroa, Arquimedes teve uma idéia. Há tempos, 
já havia observado que ao mergulhar na água, esta o empurrava para cima.
Com base nesta observação, Arquimedes concluiu ser possível resolver o caso da coroa, 
mergulhando-a na água e pesando o volume de água deslocado.
Louco de alegria, Arquimedes saiu correndo pelas ruas da cidade, enquanto gritava: "Eureka! 
Eureka!" Achei! Achei! 
O povo, acostumado com as distrações do sábio, não se espantou ao vê-lo despido, correndo 
pelas ruas, gritando daquele jeito. Foi assim que nasceu o princípio de Arquimedes que é expresso 
assim:
gVE fdf ⋅⋅= µ
µf -densidade do fluido
Vfd -volume do fluido deslocado
Condições de Flutuabilidade:
Quando o EMPUXO é MAIOR que o PESO, o corpo FLUTUA. 
Quando o EMPUXO é MENOR que o PESO, o corpo AFUNDA. 
VASOS COMUNICANTES
Quando dois líquidos que não se misturam (imiscíveis) são colocados num mesmo recipiente, eles 
se dispõem de modo que o líquido de maior densidade ocupe a parte de baixo e o de menor densidade a 
parte de cima. A superfície de separação entre eles é horizontal. 
Por exemplo, se o óleo e a água forem colocados com cuidado num recipiente, o óleo fica na parte 
superior porque é menos denso que a água, que permanece na parte inferior.
Caso os líquidos imiscíveis sejam colocados num sistema constituídos por vasos comunicantes, 
como um tubo em U, eles se dispõem de modo que as alturas das colunas líquidas, medidas a partir da 
superfície de separação, sejam proporcionais às respectivas densidades.
53
 
2211 hdhd =
Figura 2.8.1 – Exemplo prático de diferença de densidades
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EXERCÍCIOS
1)Dois cubos metálicos A e B são postos em contato. A está mais "quente" do que B. Ambos 
estão mais "quentes" do que o ambiente. Após um certo tempo, a temperatura de A e B será
(a) igual à temperatura do ambiente
(b) igual à temperatura inicial de B
(c) uma média entre as temperaturas iniciais de A e B. 
(d) as opções “a” e ‘c” estão corretas.
(e) NRA
2) O que se modifica quando uma porção de água que já está fervendo passa, por ebulição, para 
o estado de vapor? 
(a) A sua energia interna. 
(b) O calor contido nela. 
(c) A sua temperatura. 
(d) As respostas “a” e “c” estão erradas.
(e) NRA
3) A energia interna de um corpo pode ser associada com 
(a) calor 
(b) energia cinética de átomos e/ou moléculas 
(c) energias potenciais de átomos e/ou moléculas 
(d) energia calorífica dos cátions e ânions
(e) NRA
4)Uma emissora local anunciou que a temperatura na região oeste dos Estados Unidos era de 
77°. Percebendo que a temperatura estava em graus Fahrenheit, anunciou, novamente, dando 
a temperatura em graus Celsius. Qual a temperatura anunciada?
5) A qual temperatura um termômetro na escala Celsius indica um valor igual à metade do valor 
registrado por um termômetro graduado na escala Fahrenheit?
6) Uma caixa de 500 N tem faces retangulares e suas arestas medem 1,0 m, 2,0 m e 3,0m. Qual a 
pressão que a caixa exerce quando apoiada com sua face menor sobre uma superfície 
horizontal? 
(a) 100 N/m2 
(b) 125 N/m2 
(c) 167 N/m2 
(d) 250 N/m2 
(e) 500 N/m2 
7)A figura representa cinco recipientes cheios de água e abertos na parte superior.
Em qual deles a pressão que a água exerce sobre a base é maior?
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	Noção de Temperatura
	Os Estados de Agregação da Matéria
	1.1 Mudanças de Estado da Matéria
	1.2 Temperatura
	1.3 Escalas Termométricas
	1.4 Conversão entre as Escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin
	2.0 Hidrostática
	2.1 Densidade
	2.2 Peso Específico
	2.3 Conceito de Pressão
	2.4 Pressão Hidrostática
	2.8 Teorema de Arquimedes