3ª Lista de Exercícios 2018-1

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3ª Lista de Exercícios 2018 
Empuxo 
Uma pessoa de massa m = 70 kg deseja mergulhar em água do mar (SG = 1,025). Para isto, veste uma 
roupa com massa de 30 kg, ocupando um volume total (pessoa + roupa) de 0,08 m³. Determine a força 
máxima na corda necessária para segurar esta pessoa, considerando que a pessoa esteja completamente 
submersa. 
R=180 N 
 
 
Um cubo oco de 12 cm de aresta externa e 11 cm de aresta interna é 
equilibrado por uma massa de 1 kg em uma balança de braço (ver 
figura) quando o cubo é imerso em etanol (SG = 0,789 ). Com base 
nestas informações, determine a massa específica do material do 
cubo. R=5952 kg/m³ 
 
Uma lata de estanho tem um volume total de 1200 cm³ e massa igual a 130 g. Quantos gramas de 
chumbo ela poderia conter sem afundar na água? R=1,07 kg 
 
Um pedaço de madeira de pinho (SG = 0,650) pode ser representado por um prisma quadrado de 5 cm 
de base e 2,2 m de altura. Determine a massa de chumbo (SG = 11,34) que deve ser presa à extremidade 
da madeira para que ela flutue verticalmente com 30 cm fora da água. Despreze o volume do chumbo 
adicionado. R=1,175 kg 
 
Um cubo oco de aresta interna 15 cm e espessura de parede 1 cm contém um líquido de densidade 
relativa 0,7. Ao ser colocado em um recipiente contendo água ele flutua, mantendo parte de seu volume 
submerso. Sabendo que a densidade do material do cubo é de 1200 kg/m³, determine o volume de fluido 
deslocado. R=45,8 m² 
 
Deseja-se determinar a massa específica do material de um cone. Para tanto, mergulhou-se o objeto em 
gasolina (SG = 0,680), com a base voltada para baixo. Observou-se que metade da altura do cone ficava 
submersa. Com base nestas informações, calcule a sua massa específica. Dado: Vcone = Abase x altura/3. 
R=595 kg 
 
O peso lido por uma balança é dado como a reação à força normal que ela exerce sobre o objeto. Assim, 
um mesmo corpo pode apresentar pesos diferentes se for colocado sobre uma balança, imerso em 
diferentes fluidos. O peso de uma moeda cunhada com uma liga de ouro (SG = 19,3) e cobre (SG = 
8,89), no ar, é de 0,36 N e, em água, é de 0,33 N. Calcule o volume de ouro e o volume de cobre contido 
na moeda. 
R= Vc = 2,1x10
–6
 m³ ; Vo = 0,9x10
–6
 m³ 
 
Fluidodinâmica 
 
Uma tubulação de uma indústria despeja resíduos (ρ = 1500 kg/m³) em um rio, com a descarga acima do 
nível do rio. A tubulação tem diâmetro variável, como mostrado na figura. Se a vazão de entrada do 
resíduo é de 0,6 m³/s, calcule a pressão absoluta no ponto 1. Despreze as perdas de energia. R=130 kPa 
 
 
Água escoa em regime permanente pelo tubo vertical de 0,1m de 
diâmetro mostrado na figura. Ela é descarregada à pressão atmosférica 
pelo bocal com 0,05 m de diâmetro. A pressão absoluta de entrada da 
água na seção 1 é 330 kPa. Calcule a velocidade da água nas seções 1 
e 2, considerando comportamento de fluido ideal. 
R=5,03 m/s 20,1 m/s 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Considere o escoamento de água através do bocal mostrado 
na figura, O fluido manométrico possui ρ2 = 1800 kg/m
3
. Se a 
vazão de água é de 0,3 m
3
/min, D = 100 mm e d = 50 mm, 
determine o desnível h. R=0,380 m 
 
Ar (SG = 0,0012) escoa com baixa velocidade por um bocal horizontal que descarrega na atmosfera. A 
área do bocal à entrada mede 0,1 m
2
 e, a saída, 0,02 m
2
. Determine a pressão manométrica necessária à 
entrada do bocal para produzir a velocidade de saída de 50 m/s. R=1440 Pa 
 
Gasolina (SG = 0,68) escoa através do duto mostrado na figura, com uma vazão de 12 kg/s. Assumindo 
comportamento de fluido ideal, calcule a pressão manométrica na seção 1. R=104,9 kPa 
 
No tubo de Venturi da figura (abaixo à esquerda), suponha que a relação entre as áreas seja A = 5a e que 
a pressão absoluta P1abs no ponto A é 2,0 atm. Calcule o valor (a) da velocidade V da água no ponto A e 
(b) da velocidade v no ponto a para que a pressão absoluta P2abs no ponto a seja zero. (c) Calcule a vazão 
correspondente se o diâmetro no ponto A é 5,0 cm. O fenômeno que ocorre em a quando P2 cai para 
perto de zero é conhecido como cavitação; a água evapora para formar pequenas bolhas. 
 
R=4,08 m/s 20,41 m/s 8,02 L/s 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Transferência de calor 
Uma parede de concreto, com área superficial de 20 m² e espessura de 0,25 m, separa uma sala com ar 
condicionado do ar ambiente. A superfície interna da parede é mantida a 25 ºC e a condutividade 
térmica do concreto é 1 W/mK. Determine a taxa de calor perdida através da parede para as 
temperaturas da superfície externa de -15 ºC e 38 ºC, que correspondem aos extremos atingidos no 
inverno e no verão. Comente os resultados. R=3200 W -1040 W 
 
Uma superfície com área de 0,5 m², emissividade igual a 0,8 e temperatura de 150 ºC é colocada no 
interior de uma grande câmara de vácuo cujas paredes são mantidas a 25 ºC. Qual a taxa de emissão de 
radiação pela superfície? Qual a taxa radiante líquida trocada entre a superfície e as paredes da câmara? 
R=727,1 W 547,9 W 
 
Um circuito integrado quadrado com lado w = 5 mm opera em condições isotérmicas. O chip está 
alojado no interior de um substrato de modo que suas superfícies laterais e inferior estão bem isoladas 
termicamente, enquanto sua superfície superior encontra-se exposta ao escoamento de uma substância 
refrigerante a temperatura de 15 ºC. A partir de testes de controle de qualidade, sabe-se que a 
temperatura do chip não deve exceder a 85 ºC. a) Se a substância refrigerante é o ar, com coeficiente de 
transferência de calor por convecção correspondente de 200 W/m²K, qual a potência máxima que pode 
ser dissipada pelo chip? b) Se a transferência líquida de calor por radiação da superfície do chip para a 
vizinhança também for considerada, qual o aumento na potência máxima que pode ser dissipada pelo 
chip? A emissividade da superfície do chip é 0,9. R= qar = 0,35W qrad = 0,0122 W 
 
Um calefator elétrico tem a forma de um cilindro, com comprimento L = 200 mm e diâmetro externo D 
= 200 mm. Nas condições normais de operação, o calefator dissipa 2 kW, imerso em uma corrente de 
água a 20 ºC, que proporciona um coeficiente de transferência convectiva de calor h = 5.000 W/m².K. 
Calcule a temperatura da superfície do calefator, Ts, desprezando a transferência de calor pelas suas 
extremidades. Num certo instante, o fluxo de água é suspenso e o calefator continua a operar com a 
superfície exposta ao ar, que também está a 20 ºC, mas que tem h = 50 W/m².K. Qual será então a 
temperatura da superfície do calefator? Quais são as consequências da interrupção do fluxo de água? 
R=23,2 ºC 338,3 ºC