Uma seringa hipodérmica contém um medicamento com a densidade da água. O cano da seringa
tem área transversal de 2,50 x 10-5 m2, e a agulha tem área transversal de 1,00 x 10-8 m2. Na ausência
de uma força no êmbolo, a pressão em todos os pontos é 1,00 atm. Uma força F de módulo 2,00 N
atua sobre o êmbolo, fazendo o medicamento esguichar horizontalmente da água. Determine a
velocidade do medicamento conforme sai da ponta da agulha.
6)
Podemos resolver essa questão usando a equação de Bernolli, onde ela diz que:
(1) p + v²*d/2 + dgh = P + V²d/2 + dgH
onde p = pressão no ênbolo, P = pressão na agulha, v = velocidade do medicamento dentro da seringa e V = velocidade do medicamnte na agulha, d = densidade do medicamento, g = aceleração da gravidade, h = altura do medicamento na seringa e H = altura do medicamento na agulha.
Como o medicamento é esquichado horizontalmente temos que H = h e a equação a cima se torna:
(2) p + v²*d/2 = P + V²d/2
considerando o medicamente sendo um fluido incompressível, temos que o volume de medicamento que sai da seringa (l) é o mesmo volume de medicamento que sai da agulha (L) e como a tanto a seringa como a agulha são cilíndricas temos:
ab = AB
onde a = área da seringa, A = área da agulha, b = distancia percorrida pelo medicamento na seringa, e B é a distância percorrida pelo medicamento na agulha, usando um pouco de mecanica do movimento temos:
avt = AVt, onde t é o tempo gasto, assim: av = AV e
(3) v = VA/a
subistituindo eq. 3 na eq 2 temos:
p + (VA/a)²*d/2 = P + V²d/2
e portanto
V² = 2(p - P) / [(1 - A²/a²)*d]
como a pressão atimosférica é somada em todos os pontos podemos considerada sendo 0 para facilitar os cálculos, dessa foma P = 0, pois o medicamento saindo pela agulha está se comportando como um jato livre, assim temos
(4) V² = 2(p) / [(1 - A²/a²)*d]
sabendo que pressão = força/área temos:
(5) V² = 2(F/a) / [(1 - A²/a²)*d]
onde F é a força exescita no êmbolo. Desta forma subistituindo os valores dados na questão (no SI) na equação 5 e lenbrando que d = 1000kg/m³, temos finalmente que:
V = 12,65 m/s
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Fisica - Optica e Principios de Fisica Moderna
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