FIS1041 FLUIDOS e TERMODINÂMICA · FIS1041 FLUIDOS e TERMODINÂMICA Livro Texto -Fundamentos de...

FIS1041FIS1041FLUIDOS e TERMODINÂMICAFLUIDOS e TERMODINÂMICA

Livro Texto - Fundamentos de Física 2

Halliday, Resnick, Walker 8a Edição – (9ª Edição 2012)

Outra Referência – Sears e Zemansky Física II

Young & Freedman 12ª Edição

(pode ser qualquer edição, mas cuidado com as referências às seções do cronograma)

Equipe

Professor Trm Horário/Sala/Unidade

Sonia 33A SEG/QUA 07-09 L442 / GAVEA

Daniel Acosta 33B SEG/QUA 11-13 L274 / GAVEA

Jefferson 33C SEG/QUA 13-15 L481 / GAVEA

Jefferson 33D SEG/QUA 07-09 BARRA / BARRA

Renato 33E SEG/QUA 13-15 L274 / GAVEA

Waldemar 33F SEG/QUA 15-17 L144 / GAVEA

Marcelo 33G SEG/QUA 13-15 LS01 / GAVEA

Sônia LouroSônia Louro

Sala L551 Sala L551 AA

sonia@fis.pucsonia@fis.puc--rio.brrio.br

Material didático:Material didático:

cbctccbctc..pucpuc--riorio..brbr

HIDROSTÁTICAHIDROSTÁTICA

Carlos Vieira (com modificações)Carlos Vieira (com modificações)

CapítuloCapítulo 14 14 FluidosFluidos

Neste capítulo vamos explorar o comportamento dos fluidos. Em particular, vamos estudar o seguinte:

• Estática dos fluidos:Pressão exercida por um fluido estáticoPressão exercida por um fluido estático

Métodos de medir a pressãoPrincípio de Pascal

Princípio de Arquimedes, empuxo

• Fluidos em movimento: fluidos reais versus fluidos ideaisEquação da continuidadeEquação de Bernoulli

• Fluido é todo material que escoa, que assumea forma do recipiente.

• Ele não apresenta resistência às forças de

O que é umO que é umFLUIDOFLUIDO

14.1, 14.214.1, 14.2

• Ele não apresenta resistência às forças deCISALHAMENTO.

MASSA ESPECÍFICA E PRESSÃOMASSA ESPECÍFICA E PRESSÃO

• Corpos rígidos: as grandezas físicas importantes para expressar as Leis de Newton são massa e força.

• Em Fluidos essas grandezas são densidade e pressão.

14.314.3

uniforme) (densidadeV

m

dV

dm

=

=

ρ

ρ

MASSA ESPECÍFICA (ou DENSIDADE) MASSA ESPECÍFICA (ou DENSIDADE)

Unidade: kg/mUnidade: kg/m33 (no SI)(no SI)Definição:Definição:

• Densidade de algumas substâncias.

Os sólidos e os fluidos transmitem as forças.

F F

PRESSÃOPRESSÃO

PressãoPressão é força por unidade de área.

PRESSÃOPRESSÃO

p = pressão (N/m2)

Os fluidos em repouso só fazemforça perpendicular à superfície.

PressãoPressão é uma grandeza escalar.

A

Fp = p = pressão (N/m )

Ap =

Demonstração da pressão atmosféricaDemonstração da pressão atmosférica

A lata é esmagada devido à pressão atmosféricaA pressão atmosférica (no nível do mar):p = 1,013 x 105 N/m2 ou Pascal

PressãoPressão é uma

grandeza escalarescalar

O valor de O valor de ∆∆F/F/∆∆A A no sensor ao lado não depende da orientação.

Dados: ρágua = 1,0 x 103 kg/m3

ρar = 1,21 kg/m3 (a 1 atm)

Uma moeda bóia no mercúrio. Por quê?

EMPUXO (EMPUXO (buoyancybuoyancy))

O Mar Morto é o ponto mais baixo da Terra, situado entre Israel e Jordânia. A superfície da água está 396 metros abaixo do nível do mar.

O Mar Morto possui uma concentração muito elevada de sal (345 g/L), aumentando em muito a densidade da água. Uma pessoa nesta região bóia com muito mais facilidade.

FLUIDOS EM REPOUSOFLUIDOS EM REPOUSOHIDROSTÁTICAHIDROSTÁTICA

14.414.4

• A pressão aumenta com a profundidadeabaixo da interface com a água, quandoabaixo da interface com a água, quandomergulhamos.

• A pressão diminui com a altitude, quandosubimos montanhas.

Pressão hidrostática em função da profundidade

Forças que atuam num elemento de fluido

O cilindro imaginário de fluido está em repouso.

A força total sobre ele é nula.

h1

h2

(Área da base do cilindro)

F1 = p1A

A

hmg

Pressão hidrostática em função da profundidade

ele é nula.

F2 = p2 A

h = h2-h1

0

0

0

12

12

21

=−−

=−−

=++=

gAhApAp

mgApAp

FFgmF

ρ

rrrr

hgpp ρ+=12

Considerando po a pressão na superfície do líquido, a pressão absoluta na profundidade h é :

p = po+ ρghh

po

A pressão aumenta com a profundidade: ∆p = ρgh .

p = po+ ρgh

Pressão manométrica

A diferença de pressão em relação à pressão atmosférica (p-po) é chamada pressão manométrica.

(O manômetro mede diferença de pressão)

Obs.: essa diferença de pressão é suficiente para romper os pulmões.

No mesmo fluido, a pressão só depende da profundidade.

E em fluidos diferentes?

MEDINDO A PRESSÃOMEDINDO A PRESSÃO14.514.5

O barômetro de O barômetro de

mercúrio mercúrio

O manômetro de tubo O manômetro de tubo abertoaberto

PRINCÍPIO DE PASCALPRINCÍPIO DE PASCAL

Qualquer acréscimo de pressão num fluido setransmite uniformemente a todos os pontos nointerior do fluido e às paredes do recipiente.

14.614.6

PRINCÍPIO DE PASCALPRINCÍPIO DE PASCAL

Como consequência, um corpo flutuando não exercetorque no sistema que o contém.

Princípio de Pascal

Quando um corpo é colocado em um líquido a pressãoem todos os pontos é aumentada igualmente.

Princípio de Pascal e o elevador hidráulico

A pressão em todos os pontos é aumentada do mesmovalor ∆p, resultando na força maior onde a área é maior.

Princípio de Pascal e o elevador hidráulico

Força

Trabalho

- Qualquer porção de fluido está em repouso.

- Então, a força (FE) do resto do fluido sobre uma dada porção é igual ao peso (mg) dessa porção.

É igual ao peso dovolume de fluido.F

PRINCÍPIO DE ARQUIMEDESPRINCÍPIO DE ARQUIMEDES14.714.7

volume de fluido.

A força que o fluidoexerce sobre um corpoimerso nele é chamadaempuxo (FE).

mg

FE

O resto do fluido faz a mesma força em qualquer corpo colocado no lugar da porção de fluido.

Essa força, chamada EMPUXO, e é igual ao peso do volume do fluido deslocado pelo corpo.

Todo corpo imerso parcial ou totalmente em um fluido experimenta uma força para cima,

FE = ρρρρLíquido g Vdeslocado

PRINCÍPIO DE ARQUIMEDESPRINCÍPIO DE ARQUIMEDES

uma força para cima, denominada empuxo, cuja intensidade é igual ao peso do volume de fluido deslocado pelo corpo.

Demonstração:Princípio de Pascal e de Arquimedes

Densímetro

A densidade do gelo é menor do que a da água33

/1024/917 mkgmkg mardoáguagelo == ρρ

Que fração do iceberg fica visível?