Aula 1- Mec¢nica dos Fluidos

  • View
    701

  • Download
    6

Embed Size (px)

Text of Aula 1- Mec¢nica dos Fluidos

  • MECNICA DOS FLUIDOS

    Mecnica dos Fluidos e Termodinmica

    Aulas: 3,4,5 e 6

    Prof. Msc. Charles Guidotti

    05/2014

  • O que um fluidos?

  • O que um fluidos?

    Fluidos so substncias que se deformam sem desintegrao de sua

    massa (escoam) e se adaptam forma do recipiente que os contm.

    Em se tratando somente de lquidos e gases, que so denominados fluidos,

    recai-se no ramo da mecnica conhecido como Mecnica dos Fluidos.

  • Mecnica dos Fluidos

    Cincia que trata do comportamento dos fluidos em repouso e em movimento. Estuda o transporte de quantidade de movimento nos fluidos. Estuda o movimento do conjunto de partculas e no o de cada partcula,

    Estuda o comportamento de um furaco; O fluxo de gua atravs de um canal; As ondas de presso produzidas na exploso de uma bomba; As caractersticas aerodinmicas de um avio supersnico;

  • Diferenas entre os Fluidos e os Slidos

    O fluido no resiste a esforos

    tangenciais por menores que estes

    sejam, o que implica que se

    deformam continuamente.

    F

    Os slidos tem seus tomos organizados

    em um arranjo tridimensional bastante

    rgido chamado de rede cristalina.

  • Lquidos e Gases

    Ordem: Sistema desordenado (posio e movimento das partculas)

    Baixa densidade Preenchem todo recipiente onde so

    colocados

    Fcil expanso e compresso

    Gases

    Ordem: pouco alcance, molculas e tomos vizinhos distribuem-se

    igualmente

    Alta densidade Tomam a forma do recipiente onde

    so colocados

    Difcil expanso e compresso

    Lquidos

  • Propriedades dos Fluidos: Massa

    Especifica

    No Estudo dos corpos rgidos

    Estamos interessados em

    estudar a concentrao de

    matria como blocos de

    madeira, bolas de tnis e barras

    de meta.

    Lei de Newton

    Massa e Fora

    Ex: Um bloco de 4 kg submetido

    a uma fora de 30 N

    No Estudo dos fluidos

    Estamos interessados em

    substncias sem uma forma

    definida e em propriedades que

    podem variar de um ponto a

    outro da substncia.

    Massa especfica

    Presso

  • Massa Especfica ou Densidade Absoluta ()

    Para determinar a massa especifica de um fluido em um ponto do espao, isolamos um pequeno elemento e volume em torno do ponto e medimos a

    massa do fluido contido nesse elemento de volume. Massa especifica uma grandeza escalar.

    =

    -33 m kgkg/m :S.I. unidade

    33 kg/dmg/cm :usual unidade

    3

    36-

    3

    3

    3 kg/m 1000m 10

    kg 10

    cm 1

    g 1g/cm 1

    =

  • Massa Especfica ou Densidade Absoluta ()

  • Presso (p)

    =

    (Presso de uma fora uniforme

    em uma superfcie plana.)

    =

    Pa10 x 1,01 atm 1

    (pascal) Pam NN/m :S.I. unidade

    5

    -22

    Presso uma

    grandeza escalar

  • Presso (p)

    Qual dos dois livros, de mesmo peso, exerce maior presso?

    S a componente da fora exercida perpendicularmente

    sobre uma superfcie contribui para a presso.

    =

    Fora inversamente

    proporcional rea.

  • Presso (p)

    =

    Quanto maior a rea, menor a

    presso.

  • Exerccios

    1. Uma sala de estar tem 4,2 m de comprimento, 3,5 m de largura e 2,4 m de

    altura. Qual o peso do ar contido na sala se a presso do ar 1,0 atm?

    Sabendo que nessas condies = 1,21 /

    2. Qual o modulo da fora que atmosfera a atmosfera exerce, de cima para

    baixo, sobre a cabea de uma pessoa, que tem uma rea da ordem de 0,040 m ?

    =

    =

  • Fluidos em Repouso

    Quem sofre maior presso?

    A presso aumenta com a profundidade e diminui com a

    altitude. (presses hidrostticas Fluidos em repouso)

  • Relao entre: Presso, Massa especifica

    e Profundidade

  • Relao entre: Presso, Massa especifica

    e Profundidade

    = 0 + (Presso Total)

    Nvel 1, como sendo a superfcie 1 = 0.

    Nvel 2, como uma distncia h abaixo do nvel 1.

    2 = Logo: 1 = 0 2 =

    A presso em um ponto de um fluido em equilbrio

    esttico depende da profundidade do ponto, mas

    no da dimenso horizontal do fluido ou do

    recipiente.

  • Relao entre: Presso, Massa especifica

    e Profundidade

    = 0 + (Presso Total)

    0 a presso da atmosfera, que aplicada superfcie do liquido.

    , presso do lquido que est acima do nvel 2, que aplicada nesse nvel.

    A diferena entre a presso absoluta e a presso atmosfrica chamada de presso manomtrica.

    0 = (Presso manomtrica)

  • Relao entre: Presso, Massa especifica

    e Altitude

    Nvel 1, como sendo a superfcie 1 = 0.

    Nvel 2, como uma distncia h abaixo do nvel 1.

    2 = + Logo: 1 = 0 2 =

    = 0 (Presso Total)

    A presso varia linearmente com a h.

  • Exerccios

    A presso em um ponto do fluido em equilbrio esttico depende da profundidade

    desse ponto, mas no depende da dimenso horizontal ou do recipiente.

    3. A figura mostra quatro recipientes de azeite. Ordene-os de acordo com a

    presso na profundidade h, comeando pelo maior.

  • Exerccios

    5. Pesquise sobre o funcionamento: Barmetro de Mercrio e Manmetro de Tubo

    aberto.

    4. Um mergulhador novato, praticando em uma piscina, inspira ar suficiente do

    tanque para expandir totalmente os pulmes antes de abandonar o tanque a uma

    profundidade L e nadar para a superfcie. Ele ignora as instrues e no exala o

    ar durante a subida. Ao chegar superfcie, a diferena entre a presso externa a

    que est submetido e a presso do ar no pulmes 9,3 Kpa. De que profundidade

    partiu? Dado: = 998 /

  • Principio de Pascal

    Uma variao de presso aplicada a um fluido incompressvel contido em um

    recipiente transmitida integralmente a todas as partes do fluido e s paredes

    do recipiente (Blaise Pascal, 1652).

    Um aumento no numero de bolinhas de chumbo causa um aumento de presso

    que ser transferido a todas as partes do lquido e do recipiente.

  • Principio de Pascal: Macaco Hidrulico

    Com base no Princpio de Pascal, o

    aumento da presso em qualquer um dos

    lados produz o mesmo aumento de presso

    no outro.

    Com um macaco hidrulico uma certa fora

    aplicada ao longo de uma dada distncia pode ser

    transformada em uma fora maior aplicada ao

    longo de uma distncia menor.

  • Principio de Arquimedes

    A jovem mergulhadora observa que o saco

    e gua nele contida esto em repouso

    (equilbrio esttico), ou seja, no tendem a

    subir e nem a descer. Mas quais so as

    foras que atuam no saco e na gua?

    Quando um corpo est totalmente ou parcialmente submerso em um

    fluido, uma fora de empuxo exercida pelo fluido age sobre o corpo. A

    fora dirigida para cima e tem um mdulo igual ao peso do fluido

    deslocado pelo corpo.

  • Principio de Arquimedes

    Imaginamos inicialmente uma pedra fora de uma piscina. O mdulo fora peso : = .

    Quando a pedra colocada dentro da piscina o Empuxo comea a agir: =

    (O empuxo igual ao peso da gua deslocada)

    A fora de empuxo tem mdulo igual ao peso do

    fluido (gua) deslocado pelo volume da pedra.

    ( = )

  • Afunda ou Flutua?

    Imaginando uma pedra e um bloco de madeira com o

    mesmo volume, inicialmente submersos.

    No caso da pedra, que afunda e possui

    densidade maior que a da gua, temos:

    >

    No caso da madeira, que emerge e possui

    densidade menor que a da gua, temos:

    <

    Para um corpo flutuar (condio de

    equilbrio):

    =

  • Peso Aparente em um Fluido

    O peso aparente de um objeto definido

    pelo peso medido quando o objeto est

    totalmente mergulhado no fluido.

    = ( )

    =

  • Exerccio

    6. Na figura abaixo, um bloco de massa especfica de 800 kg/m flutua em um

    fluido de massa especfica 1200 kg/m. O bloco tem uma altura H = 6 cm. a) Qual

    a parte h que fica submersa do bloco?

    http://dafis.ct.utfpr.edu.br/~godoi/arquivos/Turmas2013/fisica2/Fisica02Fluidos.pdf