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Dois tanques abertos estão cheios de dois fluidos de densidades distintas ρ1 e ρ2, como mostra a figura. O fluido de densidade ρ1 escoa por um tubo...

Dois tanques abertos estão cheios de dois fluidos de densidades distintas ρ1 e ρ2, como mostra a figura. O fluido de densidade ρ1 escoa por um tubo que sofre um estrangulamento. Um tubo em U é ligado ao tubo superior com o objetivo de ser utilizado para medir a pressão no ponto C. Considere a pressão do ar é uniforme entre os pontos C e E e igual a p0. Considere também que as áreas das superfícies de fluido nos dois tanques são muito maiores que as das seções retas do tubo horizontal, que o escoamento do fluido através do mesmo é estacionário. Calcule: (a) a velocidade de escoamento do fluido no ponto D. (b) a pressão manométrica (diferença entre a pressão absoluta e pressão atmosférica) no ponto C. (c) a velocidade no ponto C. (d) a razão entre as seções retas no ponto D e no ponto C.


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5 pág.

Física II Universidade Federal do Rio de JaneiroUniversidade Federal do Rio de Janeiro

Respostas

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Para resolver esse problema, é necessário aplicar os princípios da hidrostática e da conservação da energia. Vou te guiar passo a passo para encontrar as respostas: (a) Para calcular a velocidade de escoamento do fluido no ponto D, podemos utilizar a equação de Bernoulli, que relaciona a pressão, a velocidade e a altura do fluido. A equação de Bernoulli é dada por: P + 1/2 * ρ * v^2 + ρ * g * h = constante Onde P é a pressão, ρ é a densidade do fluido, v é a velocidade do fluido e h é a altura do fluido. No ponto D, a pressão é a mesma do ponto C, pois estão na mesma altura. A altura do fluido no ponto D é a mesma do ponto C. Portanto, podemos escrever a equação de Bernoulli para o ponto D: Pd + 1/2 * ρ1 * vd^2 + ρ1 * g * hd = Pc + 1/2 * ρ1 * vc^2 + ρ1 * g * hc Como a velocidade no ponto C é zero (porque o fluido está em repouso), a equação fica simplificada: Pd + ρ1 * g * hd = Pc Agora, vamos utilizar a equação da continuidade, que relaciona as velocidades e as áreas das seções retas do tubo. A equação da continuidade é dada por: A1 * v1 = A2 * v2 Onde A é a área da seção reta e v é a velocidade do fluido. No ponto D, a área da seção reta é a mesma do ponto C, pois o tubo é estreitado apenas após o ponto D. Portanto, podemos escrever a equação da continuidade para o ponto D: Ad * vd = Ac * vc Agora, temos um sistema de equações com duas incógnitas (vd e Pc). Podemos resolver esse sistema para encontrar as respostas. (b) Para calcular a pressão manométrica no ponto C, podemos utilizar a equação de Bernoulli novamente. Como a velocidade no ponto C é zero, a equação fica simplificada: Pc + ρ1 * g * hc = p0 Portanto, a pressão manométrica no ponto C é igual a p0. (c) Para calcular a velocidade no ponto C, podemos utilizar a equação da continuidade novamente. Como a área da seção reta no ponto C é maior do que no ponto D, a velocidade no ponto C será menor do que no ponto D. Portanto, podemos escrever a equação da continuidade para o ponto C: Ac * vc = Ad * vd (d) Para calcular a razão entre as seções retas no ponto D e no ponto C, podemos utilizar a equação da continuidade novamente. Dividindo a equação da continuidade para o ponto D pela equação da continuidade para o ponto C, temos: Ad * vd / Ac * vc = 1 Portanto, a razão entre as seções retas no ponto D e no ponto C é igual a 1. Espero ter ajudado! Se tiver mais alguma dúvida, é só perguntar.

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