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Mecânica dos Fluidos: Uma Abordagem Histórica

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Text of Mecânica dos Fluidos: Uma Abordagem Histórica

  • v.20 n.3 2009

    Programa de Ps-Graduao em Ensino de FsicaUFRGS

    Mecnica dos Fluidos:Uma Abordagem Histrica

    Luciano Denardin de OliveiraPaulo Machado Mors

  • Textos de Apoio ao Professor de Fsica, v.20 n.3, 2009 Instituto de Fsica UFRGS

    Programa de Ps Graduao em Ensino de Fsica Mestrado Profissional em Ensino de Fsica

    Editores: Marco Antonio Moreira Eliane Angela Veit

    Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP) Biblioteca Professora Ruth de Souza Schneider

    Instituto de Fsica/UFRGS

    Impresso: Waldomiro da Silva Olivo Intercalao: Joo Batista C. da Silva

    O48m Oliveira, Luciano Denardin

    Mecnica dos fluidos : uma abordagem histrica / Luciano Denardin Oliveira, Paulo Machado Mors Porto Alegre: UFRGS, Instituto de Fsica, 2009.

    101 p.; il. (Textos de apoio ao professor de fsica / Marco Antonio Moreira, Eliane Angela Veit, ISSN 1807-2763; v. 20 , n. 3)

    Produto do trabalho de concluso do Curso de Mestrado Profissional, do Programa de Ps-Graduao em Ensino de Fsica, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

    1. Mecnica de fluidos 2. Ensino de Fsica 3. Ensino

    mdio I. Mors, Paulo Machado. II. Ttulo III. Srie.

    PACS: 01.40.E

  • TEXTOS DE APOIO AO PROFESSOR DE FSICA IF-UFRGS OLIVEIRA, L. D. & MORS, P.M. v. 20 n3

    APRESENTAO

    O texto Mecnica dos Fluidos: Uma Abordagem Histrica o produto do trabalho de Mestrado de um

    dos autores (LDO) junto ao Programa de Ps-graduao em Ensino de Fsica da Universidade

    Federal do Rio Grande do Sul. A idia o uso de elementos histricos como agente facilitador do

    aprendizado da Mecnica dos Fluidos no Nvel Mdio. O material instrucional est alicerado nas

    idias da teoria da aprendizagem significativa de Ausubel e Novak. Alm de tpicos histricos, o texto

    apresenta associaes com o cotidiano do aluno. Complementam a aplicao da proposta a

    realizao de atividades experimentais e o uso de vdeos que representam os fenmenos fsicos

    discutidos em aula. Inclumos, tambm, o Roteiro do Professor, com sugestes elaboradas visando

    auxiliar os professores que se dispuserem a utilizar o material. A estes, desejamos sucesso e que

    nosso trabalho lhes seja proveitoso.

    Porto Alegre, outubro de 2009

    Luciano Denardin de Oliveira

    Paulo Machado Mors

  • TEXTOS DE APOIO AO PROFESSOR DE FSICA IF-UFRGS OLIVEIRA, L. D. & MORS, P.M. v. 20 n3

    5

    SUMRIO

    CAPTULO 1: PRIMEIROS CONCEITOS .............................................................................................. 7

    1.1 O que um fluido? .......................................................................................................................... 7

    1.2 Densidade ........................................................................................................................................ 7

    1.2.1 Exemplos Resolvidos em Aula........................................................................................................9

    1.3 Presso............................................................................................................................................. 9

    1.3.1 Exemplos Resolvidos em Aula......................................................................................................10

    1.3.2 Exerccios Propostos.....................................................................................................................11

    CAPTULO 2: TORRICELLI E A PRESSO ATMOSFRICA............................................................ 15

    2.1 Experimento de Torricelli ............................................................................................................. 16

    2.2 Presso Atmosfrica..................................................................................................................... 19

    2.3 Experimento de Von Guericke (Hemisfrios de Magdeburgo) ................................................ 21

    2.3.1 Exemplo Resolvido em Aula .........................................................................................................22

    2.3.2 A Fsica Nossa de Cada Dia: presso atmosfrica, bebendo de canudinho, furos na lata de

    leite condensado e abrindo o requeijo. ................................................................................................22

    2.3.3 Exerccios Propostos.....................................................................................................................23

    CAPTULO 3: STEVIN E OS VASOS COMUNICANTES .................................................................... 27

    3.1 Teorema Fundamental da Hidrosttica (Teorema de Stevin), Vasos Comunicantes e

    Paradoxo Hidrosttico ........................................................................................................................ 27

    3.1.1 Exemplos Resolvidos em Aula......................................................................................................32

    3.1.2 A Fsica Nossa de Cada Dia: presso sangnea. .......................................................................33

    3.2 Variao da Presso com a Profundidade ................................................................................. 33

    3.2.1 Exemplos Resolvidos em Aula......................................................................................................34

    3.3 Lquidos Que No Se Misturam ................................................................................................... 34

    3.3.1 Exemplos Resolvidos em Aula......................................................................................................35

    3.3.2 Exerccios Propostos.....................................................................................................................36

    CAPTULO 4: PASCAL E A PRENSA HIDRULICA ......................................................................... 43

    4.1 Princpio de Pascal........................................................................................................................ 43

    4.1.1 A Fsica Nossa de Cada Dia: freio hidrulico................................................................................46

    4.1.2 Exemplos Resolvidos em Aula......................................................................................................47

    4.1.3 Exerccios Propostos.....................................................................................................................47

    CAPTULO 5: ARQUIMEDES E A COROA DO REI HIERON ............................................................ 51

    5.1 Princpio de Arquimedes (Empuxo) ............................................................................................ 53

    5.1.1 Exemplo Resolvido em Aula .........................................................................................................54

    5.1.2 Anlise Qualitativa do Empuxo .....................................................................................................54

    5.1.3 Expresso Matemtica do Empuxo...............................................................................................55

  • TEXTOS DE APOIO AO PROFESSOR DE FSICA IF-UFRGS OLIVEIRA, L. D. & MORS, P.M. v. 20 n3

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    5.1.4 A Fsica Nossa de Cada Dia: Mar Morto.......................................................................................57

    5.1.5 A Fsica Nossa de Cada Dia: navios e submarinos. .....................................................................58

    5.1.6 Exemplos Resolvidos em Aula......................................................................................................59

    5.2 Peso Aparente ............................................................................................................................... 60

    5.2.1 Exemplos Resolvidos em Aula......................................................................................................61

    5.2.2 Exerccios Propostos.....................................................................................................................62

    CAPTULO 6: BERNOULLI E A HIDRODINMICA ............................................................................ 73

    6.1 Escoamento e Vazo..................................................................................................................... 74

    6.2 Equao da continuidade............................................................................................................. 76

    6.2.1 Exemplos Resolvidos em Aula......................................................................................................77

    6.2.2 A Fsica Nossa de Cada Dia: colapso arterial...............................................................................78

    6.3 Equao de Bernoulli.................................................................................................................... 78

    6.3.1 Exemplo Resolvido em Aula .........................................................................................................80

    6.3.2 A Fsica Nossa de Cada Dia: destelhamento. ..............................................................................80

    6.4 Equao de Torricelli .................................................................................................................... 80

    6.5 Efeito Magnus ................................................................................................................................ 81

    6.5.1 Exerccios P

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