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Aula 1 - Conceitos Básicos Da Mecânica Dos Fluidos

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Conceitos bsicos da mecnica dos fluidos I:

Conceitos bsicos da mecnica dos fluidos :Aula 1Fsica Bsica IIIProfa. Selma A. R. Costa

Mecnica dos fluidos a cincia que tem por objetivo o estudo do comportamento fsico dos fluidos e das leis que regem este comportamento.

Conceito de fluidos: Um fluido uma substncia que se deforma continuamente quando submetida a uma tenso de cisalhamento, no importando o quo pequena possa ser essa tenso. Um subconjunto das fases da matria, os fluidos incluem os lquidos, os gases, os plasmas e, de certa maneira, os slidos plsticos.Os fluidos compartilham a propriedade de no resistir a deformao e apresentam a capacidade de fluir (tambm descrita como a habilidade de tomar a forma de seus recipientes).

Aplicaes: Ao de fluidos sobre superfcies submersas. Ex.: barragens. Equilbrio de corpos flutuantes. Ex.: embarcaes. Ao do vento sobre construes civis. Estudos de lubrificao. Transporte de slidos por via pneumtica ou hidrulica. Ex.: elevadores hidrulicos. Clculo de instalaes hidrulicas. Ex.: instalao de recalque. Clculo de mquinas hidrulicas. Ex.: bombas e turbinas. Instalaes de vapor. Ex.: caldeiras. Ao de fluidos sobre veculos (Aerodinmica).

Densidade de um corpo (d)e Massa especfica de uma substncia ():

Densidade de um corpo (d) : a razo entre a massa de um corpo e o seu volume total.

Massa especfica de uma substncia () : a razo entre determinada massa dessa substncia e o volume correspondente.

Unidades do S.I.:m massa - quilograma (kg)V volume - metro cbico (m3) massa especfica quilograma por metro cbico (kg/m3 )d densidade - quilograma por metro cbico (kg/m3 )

Principais transformaes de unidades:

Concluso : 1 g/cm3 = 1000 kg/m3

1L = 103 cm3 = 10-3 m3 (unidade de volume)

Observaes: No caso da gua , cuja massa especfica vale 1 g/cm3 , observamos que cada cm3 de gua tem massa de 1 g. Assim que, numericamente, massa e volume sero iguais para a gua, desde que medidos em gramas e em centmetros cbicos respectivamente.

Como 1 litro corresponde a 1000 cm3, no caso d gua teramos 1 kg/l.

A diferena entre densidade e massa especfica fica bem calara quando falamos de objetos ocos. Neste caso a densidade leva em considerao o volume completo e a massa especfica apenas a parte que contm substncia.

Nos fluidos no h diferena entre a massa especfica e a densidade, muitas vezes tratadas da mesma maneira.

Quando a massa especfica mdia de um corpo slido maior maior do que a da gua, ele afunda na gua, e quando a massa especfica mdia de um corpo slido menor do que a massa especfica da gua, ele afunda

Presso em um fluido:

Quando um fluido est em contato com uma superfcie slida, o fluido exerce sobre a superfcie uma fora normal (perpendicular) em cada ponto da superfcie. A fora por unidade de rea a chamada presso P do fluido:

A unidade do S.I. de presso o newton por metro quadrado (N/m2), que chamado de pascal (Pa): 1 Pa = 1 N/m2

Outra unidade comum de presso a atmosfera (atm), que aproximadamente igual presso do ar no nvel do mar. Uma atmosfera definida exatamente 101,325 quilopascais (kPa).

1 atm = 101,325 kPa 100 kPa = 1 105 Pa

Exerccios:1. Massa de 1 kg de gua ocupa um volume de 1 litro a 40C. Determine sua massa especfica em g/cm3 , kg/m3 e kg/l.

2. Determine a massa de um bloco de chumbo que tem arestas de 10 cm. Dada a massa especfica do chumbo igual a 11,2 g/cm3 .

Uma esfera oca, de 1200g de massa, possui raio externo de 10cm e raio interno de 9cm. Sabendo que o volume de uma esfera dado por V = 4/3 R3 , determine:

A densidade da esfera;A massa especfica do material de que feita a esfera.

Use = 3.

4. Determine o peso de um reservatrio de leo que possui uma massa de 825 kg.

5. Se o reservatrio do exerccio anterior tem um volume de 0,917 m3 determine a massa especfica e o peso especfico do leo.

6. Se 6,0m3 de leo pesam 47kN determi-ne a massa especfica e o peso especfico do leo. Dado : g = 9,8 m/s2 .

7. Admitindo que a massa especfica do chumbo seja 11 g/cm3 , qual o valor da massa do tijolo de chumbo cujas arestas medem 22 cm, 10 cm e 5,0 cm?

8. Estima-se que uma estrela tem 2,2 109 m de dimetro e massa especfica mdia de 1,0102 kg/m3. A massa da estrela, expressa em notao cientfica, dada por: m = a10n (kg). Qual os valores de a e n ?

9. O impacto da partcula de lixo que atinge a nave espacial Columbia produz uma presso da ordem de 100 N/cm2 . Nessas condies e tendo a partcula 2 cm2 , a nave sofre uma fora de:100N;200N;400N;800N;1600N.

10. Um cubo macio de alumnio (massa especfica = 2,1 g/cm3), de 50 cm de aresta, est apoiado sobre uma superfcie horizontal. Qual a presso, em Pa e em atm, exercida pelo cubo sobre a superfcie?

11. Determine o aumento de presso em um fluido em uma seringa quando uma enfermeira aplica uma fora de 42N ao mbolo da seringa, se esta tem raio de 1,1 cm.

12. Jos aperta uma tachinha entre os dedos, como mostrado na figura. A cabea da tachinha est apoiada no polegar e a ponta, no indicador.Sejam F(i) o mdulo da fora e p(i) a presso que a tachinha faz sobre o dedo indicador de Jos. Sobre o polegar, essas grandezas so, respectivamente, F(p) e p(p). Considerando-se essas informaes, CORRETO afirmar que:

a) F(i) > F(p) e p(i) = p(p). b) F(i) = F(p) e p(i) = p(p). c) F(i) > F(p) e p(i) > p(p). d) F(i) = F(p) e p(i) > p(p).e) F(i) < F(p) e p(i) < p(p).

13. 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 na sala se a presso do ar 1,0 atm?Qual o mdulo da fora que a atmosfera exerce sobre o alto da cabea de uma pessoa, que tem uma rea da ordem de 0,040 m2?

14. Um trabalho publicado em revista cientfica informou que todo ouro extrado pelo homem, at os dias de hoje, seria suficiente para encher um cubo de aresta igual a 20 m. Sabendo que a massa especfica do ouro , aproximadamente, de 20 g/cm3 , podemos concluir que a massa total de ouro extrado pelo homem, at agora, de, aproximadamente:4,0105 kg1,6108 kg8,0103 t2,010 kg20 milhes de toneladas.

15. A janela de um escritrio tem dimenses de 3,4m de largura por 2,1m de altura. Como resultado da passagem de uma tempestade, a presso do ar do lado de fora cai para 0,96 atm, mas a presso no interior do edifcio permanece 1,0 atm. Qual o mdulo da fora que empurra a janela para fora por causa dessa diferena de presso? (Dica: 1atm = 1,0105 Pa).

16. Em um toca-discos, a fora que a agulha exerce sobre o disco de 110-3 kgf e a ponta da agulha tem uma rea de 110-7 cm2. Considere 1 atm = 1 kgf/cm2. Ento, a presso que a agulha exerce sobre o disco , em atmosferas, igual a : 110-4 110-3 1104 1103 110-10

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