Estados da matéria: Gás. Líquido. Sólido amorfo. Sólido cristalino

Transcrição

1 luidos ísica 1

2 Estados da matéria: Gás Líquido Sólido amorfo Sólido cristalino

3 - Estados da matéria Sólido cristalino Definição de sólidos: Resistem a tensões de cisalhamento! - Sólido amorfo ara uma certa quantidade de massa M, que ocupa um volume V : M V onde é a densidade. 3

4 luidos: Não resistem a tensões de cisalhamento (podem escoar) Gás Líquido Assumem a forma do recipiente 4

5 Densidades: (kg/m 3 ) Gases Hidrogênio 0,083 Helio 0,164 Neônio 0,900 Argônio 1,784 Xenônio 5,88 Nitrogênio 1,15 Oxigênio 1,31 fluor 1,70 ar [cntp] 1,1 CO 1,5 CO 1,80 gases luidos << líquidos Líquidos & sólidos Amônia 68 sangue 1050 benzeno 879 Etanol 789 Argônio [liq.] 1390 Metano 44 Água 1000 Cobre 890 rata Chumbo Mercúrio Ouro 1930 sólidos!? M V nylon 1140 TE 100 5

6 Líquidos e Gases: Tensão hidrostática (ressão) A ressão de um fluido ( ): É resultado da força média que as moléculas do fluido exercem sobre as paredes de um recipiente Neste caso, a tensão hidrostática sobre a esfera é a pressão do fluido 6

7 Líquidos e Gases: Tensão hidrostática (ressão) A Atenção: força é uma grandeza vetorial e pressão é escalar! Quando um fluido está em repouso, a pressão em um ponto dado deve ser a mesma em qualquer direção. 7

8 Líquidos e Gases: Tensão hidrostática (ressão) B ΔV V B é o módulo de compressibilidade 8

9 Unidades: ressão 1 a 1 N / m 1 atm 1, a 1 atm 1 bar 760 mm Hg 1 atm 14,7 lb/in (SI) 9

10 Exemplo 1: As dimensões do piso de uma sala são de 3,5 m por 4, m e a altura das paredes é de,4 m. a) Qual é o peso do ar contido na sala ( ar 1,1 kg/m 3 )? b) Qual é a magnitude da força da atmosfera sobre o chão da sala, quando a pressão é de 1 atm (1, a)? a) W Vg ar ( 4, 3,5,4) 9,8 418 N 1,1 5 6 b) pa 1,01 10 (3,5 4,) 1,5 10 N 10

11 Variação da pressão... pa y y+δy 7 (p+δp)a A força devida à pressão sobre um objeto imerso é sempre perpendicular à superfície em cada ponto. A pressão em um ponto de um fluido estático só depende da profundidade. 11

12 Variação da pressão... pa Δmg 0 y y +Δy (p+δp)a Massa do bloco imaginário de água: ( p + Δp) A pa + Δmg Δm Área do bloco, paralela à superfície d água: A pa + ( AΔy) g 1

13 Variação da pressão... Δmg pa 0 y ( p + Δp) A pa + Δmg pa + ( AΔy) g y +Δy (p+δp)a Como o bloco está em repouso, a resultante de forças é nula: Δp ( p + Δp) A pa ( AΔy) g p + Δp p Δyg gδy dp dy g 0 13

14 Variação da pressão... dp dy g dp p gdy p 0 h + gdy p0 0 + gh 0 y Consequência imediata: Se p 0 é modificada como resultado de um efeito externo, p é modificada da mesma quantidade 14

15 Tubo em U 0 dp gdy B p p 1 g (y y 1 ) y 1 y C A p A p B g (y y 1 ) gδy y p C - p A g(y y ) 0 p C p A 15

16 Tubo em U y p o p o B A 1 p B p A C D p C p D O p O p C p O p D p C p D 16

17 Exemplo Um tubo em U está parcialmente cheio com um líquido de densidade 1. Um segundo líquido, que não se mistura ao primeiro, é colocado num dos ramos do tubo. O nível neste ramo fica a uma altura d acima do nível no outro ramo, que por sua vez se eleva de uma altura L acima do nível original. Determine do segundo líquido. d L 1 1 B A p B p A 17

18 Um tubo em U está parcialmente cheio com um líquido de densidade 1. Um segundo líquido, que não se mistura ao primeiro, é colocado num dos ramos do tubo. O nível neste ramo fica a uma altura d acima do nível no outro ramo, que por sua vez se eleva de uma altura L acima do nível original. Determine do segundo líquido. p A p B 1 g L g + ( d L) d L 1 L L + d 1 B A L 18

19 Exemplo 3 L? Δp p p + 0 gdy p0 + gy 9,3 ka Δp p p0 gl Δp L g L 9300 a 998 kg/m 9,8 m/s 3 0,95 m L 0,95 m não é uma grande profundidade. Mas: Δp 9,3 ka 0,09 atm 19

20 0 gh p p h + 0 ( ) d D π M h 4 h D d m D H h D d H D m h d H D m " " # $ % % & ' + " " # $ % % & ' + π π π gh d D d D p p h π π # # $ % & & ' ( # # $ % & & ' ( 4 4 ) ( 0 Mg ; p h ( ) ( )!! " # $ $ % &! " # $ % & d D M d m D d D M D d m D H π π π

21 Medidores de pressão... Barômetro de Mercúrio Manômetro de tubo aberto 1

22 Medidores de pressão...

23 ressão Densidade do ar z p( z) λz p e ; 0 λ p 0 0 g ( z) 0 e λz 3

24 rincípio de ascal rensa hidráulica 1 1 A 1 1 A 1 A A 1 A A 1 100

25 Exemplo: orças em uma represa w

26 Exemplo: orças em uma represa h dy gh A gy d da d da g ywdy H y H gwydy 0 1 gwh Se H 150 m w 100 m 1, N

27 Empuxo

28 rincípio de Arquimedes T E T "O empuxo de um objeto imerso é igual ao peso do líquido deslocado"

29 rincípio de Arquimedes corpo imerso no líquido densidade: 0 p 1 A Δmg 0 p A y 0 y y+δy orças no corpo: p A ; p A + 0( AΔy) g 1 ( p p ) A ( AΔy) g 1 0

30 rincípio de Arquimedes ( p p ) A ( AΔy) g 1 0 Mas: ( p p 1 ) g Δy onde: E Q 0 y é o peso y+δy é o empuxo! y

31 O empuxo é uma força para cima e depende do volume de líquido deslocado pela presença do corpo imerso. ponto Q: é o centro de empuxo ou centro de massa do volume deslocado! E Q 0 y y+δy

32 Exemplo Um balão de chumbo, com vácuo no interior, de raio médio R 0,1 m está totalmente submerso em um tanque. Qual é a espessura t da parede do balão se esse não emerge nem afunda? V t R água b a mg V balão Supomos que: b água t b g b V ,3 10 kgm b 4 3 g π R t << R t,95 mm 3 água b b a g g 4πR R 3 t

33 Exemplo Volume máximo de uma baleia para submergir sem esforço? (m kg; V (pulmão vazio) 135 m 3 ) E E kg m V a max ΔV b 150 m kg V 3 ( ) 150 a V g max b V g 0.1 (10%)