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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
