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Conceitos básicosda mecânica dos

fluidos :Aula – 1

Física Básica IIIProfa. Selma A. R. Costa

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Mecânica dos fluidos é a ciência que tem porobjetivo o estudo do comportamento físico dosfluidos e das leis que regem este comportamento.

Conceito de fluidos:  Um fluido é umasubstância que se deforma continuamentequando submetida a uma tensão decisalhamento, não importando o quão pequenapossa ser essa tensão. Um subconjunto das fasesda matéria, os fluidos incluem os líquidos, osgases, os plasmas e, de certa maneira, os sólidosplásticos.

Os fluidos compartilham a propriedade de nãoresistir a deformação e apresentam a capacidadede fluir (também descrita como a habilidade detomar a forma de seus recipientes).

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 Aplicações: Ação de fluidos sobre superfícies submersas.

Ex.: barragens. Equilíbrio de corpos flutuantes.

Ex.: embarcações. Ação do vento sobre construções civis. Estudos de lubrificação. Transporte de sólidos por via pneumática ou

hidráulica.Ex.: elevadores hidráulicos. Cálculo de instalações hidráulicas.

Ex.: instalação de recalque. Cálculo de máquinas hidráulicas.

Ex.: bombas e turbinas. Instalações de vapor.Ex.: caldeiras.

 Ação de fluidos sobre veículos (Aerodinâmica).

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Densidade de um corpo (d)

e

Massa específica de uma substância (ρ):

Densidade de um corpo (d) : é a razão entre a massa de um

corpo e o seu volume total.

Massa específica de uma substância (ρ) : é a razão entre

determinada massa dessa substância e o volume

correspondente.

corpoVmd  

substânciaV

m

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Unidades do S.I.:m → massa - quilograma (kg)

V → volume - metro cúbico (m3)ρ → massa específica – quilograma por metro cúbico (kg/m3 )

d → densidade - quilograma por metro cúbico (kg/m3 )

Principais transformações de unidades:

Conclusão : 1 g/cm3  = 1000 kg/m3 

3

3

36

3

3 cm

g10

cm10

g10

m1

kg1 

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

Observações:  No caso da água  , cuja massa específica vale 1

g/cm3  , observamos que cada cm3 de  água temmassa de 1 g. Assim é que, numericamente,

massa e volume serão iguais para a água, desdeque medidos em gramas e em centímetroscúbicos respectivamente.

Como 1 litro corresponde a 1000 cm3

, no caso dáágua teríamos 1 kg/l.

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 A diferença entre densidade e massa específicafica bem calara quando falamos de objetos ocos.Neste caso a densidade leva em consideração ovolume completo e a massa específica apenas aparte que contêm substância.

 Nos fluidos não há diferença entre a massa

específica e a densidade, muitas vezes tratadas damesma maneira.

Quando a massa específica média de um corposólido é maior é maior do que a da água, ele

afunda na água, e quando a massa específicamédia de um corpo sólido é menor do que a massaespecífica da água, ele afunda

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Pressão em um fluido:

Quando um fluido está em contato com umasuperfície sólida, o fluido exerce sobre a superfícieuma força normal (perpendicular) em cada pontoda superfície. A força por unidade de área é a

chamada pressão P  do fluido:

A unidade do S.I. de pressão é o newton por

metro quadrado (N/m2), que é chamado de pascal(Pa):

1 Pa = 1 N/m2

A

FP   N

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Outra unidade comum de pressão é aatmosfera (atm), que é aproximadamente

igual à pressão do ar no nível do mar. Umaatmosfera é definida exatamente 101,325quilopascais (kPa).

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

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Exercícios:

1. Massa de 1 kg de água ocupa um

volume de 1 litro a 40°C. Determine suamassa específica em g/cm3  , kg/m3 ekg/l.

2. Determine a massa de um bloco dechumbo que tem arestas de 10 cm.Dada a massa específica do chumbo é

igual a 11,2 g/cm3 .

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3. Uma esfera oca, de 1200g de massa,possui raio externo de 10cm e raio

interno de 9cm. Sabendo que o volumede uma esfera é dado por

V = 4/3 · R 3 , determine:

a) A densidade da esfera;b) A massa específica do material de que é

feita a esfera.

Use 3.

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4. Determine o peso de um reservatório deóleo que possui uma massa de 825 kg.

5. Se o reservatório do exercício anteriortem um volume de 0,917 m3 determine a

massa específica e o peso específico doóleo.

6. Se 6,0m3  de óleo pesam 47kN determi-

ne a massa específica e o peso específicodo óleo. Dado : g = 9,8 m/s2 . 

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7. Admitindo que a massa específica do chumboseja 11 g/cm3  , qual o valor da massa do tijolo

de chumbo cujas arestas medem 22 cm, 10 cm e5,0 cm?

8. Estima-se que uma estrela tem 2,2 · 109 m dediâmetro e massa específica média de1,0·102 kg/m3. A massa da estrela, expressa em

notação científica, é dada por: m = a·10n 

(kg).Qual os valores de a e n ? 

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9. O impacto da partícula de lixo que atingea nave espacial Columbia produz uma

pressão da ordem de 100 N/cm2 . Nessascondições e tendo a partícula 2 cm2  , anave sofre uma força de:

a) 100N;

b) 200N;

c) 400N;

d) 800N;

e) 1600N.

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10. Um cubo maciço de alumínio (massaespecífica = 2,1 g/cm3), de 50 cm de

aresta, está apoiado sobre uma superfíciehorizontal. Qual é a pressão, em Pa e ematm, exercida pelo cubo sobre asuperfície?

11. Determine o aumento de pressão emum fluido em uma seringa quando uma

enfermeira aplica uma força de 42N aoêmbolo da seringa, se esta tem raio de1,1 cm. 

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12. José aperta uma tachinha entre os dedos,como mostrado na figura. A cabeça da tachinhaestá apoiada no polegar e a ponta, no indicador.

Sejam F(i) o módulo da força e p(i) a pressãoque a tachinha faz sobre o dedo indicador deJosé. Sobre o polegar, essas grandezas são,respectivamente, F(p) e p(p). Considerando-seessas informações, é 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).

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13. Uma sala de estar tem 4,2 m decomprimento, 3,5 m de largura e 2,4m de altura.

a) Qual é o peso do ar na sala se apressão do ar é 1,0 atm?

b) Qual é o módulo da força que aatmosfera exerce sobre o alto dacabeça de uma pessoa, que tem

uma área da ordem de 0,040 m2? 

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14. Um trabalho publicado em revista científicainformou que todo ouro extraído pelo

homem, até os dias de hoje, seria suficientepara encher um cubo de aresta igual a 20 m.Sabendo que a massa específica do ouro é,aproximadamente, de 20 g/cm3  , podemosconcluir que a massa total de ouro extraído

pelo homem, até agora, é de,aproximadamente:

a) 4,0·105 kgb) 1,6·108 kg

c) 8,0·103 td) 2,0·10 kge) 20 milhões de toneladas.

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15. A janela de um escritório temdimensões de 3,4m de largura por

2,1m de altura. Como resultado dapassagem de uma tempestade, apressão do ar do lado de fora cai

para 0,96 atm, mas a pressão nointerior do edifício permanece 1,0atm. Qual é o módulo da força queempurra a janela para fora por causa

dessa diferença de pressão? (Dica:1atm = 1,0·105 Pa). 

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16. Em um toca-discos, a força que aagulha exerce sobre o disco é de 1·10-3

kgf e a ponta da agulha tem uma áreade 1·10-7 cm2. Considere 1 atm = 1kgf/cm2. Então, a pressão que a agulhaexerce sobre o disco é, em atmosferas,

igual a :a) 1·10-4

b) 1·10-3

c) 1·104

d) 1·103e) 1·10-10


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