(pode ser qualquer edição, mas cuidado com as referências às seções do cronograma)

Transcrição

1 FIS1041 FLUIDOS e TERMODINÂMICA Livro Texto - Fundamentos de Física 2 Halliday, Resnick, Walker 8 a Edição (9ª Edição 2012) Outra Referência Sears e Zemansky Física II Young & Freedman 12ª Edição (pode ser qualquer edição, mas cuidado com as referências às seções do cronograma) Professor Trm Horário/Sala/Unidade Sonia 33A SEG/QUA L442 / GAVEA Daniel Acosta 33B SEG/QUA L274 / GAVEA Equipe Jefferson 33C SEG/QUA L481 / GAVEA Jefferson 33D SEG/QUA BARRA / BARRA Renato 33E SEG/QUA L274 / GAVEA Waldemar 33F SEG/QUA L144 / GAVEA Marcelo 33G SEG/QUA LS01 / GAVEA

2 Sônia Louro Sala L551 A sonia@fis.puc-rio.br Material didático: cbctc.puc-rio.br

3 HIDROSTÁTICA Carlos Vieira (com modificações)

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5 Capítulo 14 Fluidos Neste capítulo vamos explorar o comportamento dos fluidos. Em particular, vamos estudar o seguinte: Estática dos fluidos: Pressão exercida por um fluido estático Métodos de medir a pressão Princípio de Pascal Princípio de Arquimedes, empuxo Fluidos em movimento: fluidos reais versus fluidos ideais Equação da continuidade Equação de Bernoulli

6 14.1, 14.2 O que é um FLUIDO Fluido é todo material que escoa, que assume a forma do recipiente. Ele não apresenta resistência às forças de CISALHAMENTO.

7 14.3 MASSA ESPECÍFICA E PRESSÃO Corpos rígidos: as grandezas físicas importantes para expressar as Leis de Newton são massa e força. Em Fluidos essas grandezas são densidade e pressão. MASSA ESPECÍFICA (ou DENSIDADE) Definição: ρ = ρ = dm dv m V Unidade: kg/m 3 (no SI) (densidade uniforme)

8 Densidade de algumas substâncias.

9 PRESSÃO Os sólidos e os fluidos transmitem as forças. F F Pressão é força por unidade de área.

10 PRESSÃO Os fluidos em repouso só fazem força perpendicular à superfície. Pressão é uma grandeza escalar. F p= p = pressão (N/m 2 ) A

11 Demonstração da pressão atmosférica

12 A lata é esmagada devido à pressão atmosférica A pressão atmosférica (no nível do mar): p = 1,013 x 10 5 N/m 2 ou Pascal

13 Pressão é uma grandeza escalar O valor de F/ F/ A no sensor ao lado não depende da orientação.

14 Dados: ρ água = 1,0 x 10 3 kg/m 3 ρ ar = 1,21 kg/m 3 (a 1 atm)

15 Uma moeda bóia no mercúrio. Por quê?

16 EMPUXO (buoyancy)

17 O Mar Morto possui uma concentração muito elevada de sal (345 g/l), aumentando em muito a densidade da água. Uma pessoa nesta região bóia com muito mais facilidade. O Mar Morto é o ponto mais baixo da Terra, situado entre Israel e Jordânia. A superfície da água está 396 metros abaixo do nível do mar.

18 14.4 FLUIDOS EM REPOUSO HIDROSTÁTICA A pressão aumenta com a profundidade abaixo da interface com a água, quando mergulhamos. A pressão diminui com a altitude, quando subimos montanhas.

19 Pressão hidrostática em função da profundidade Forças que atuam num elemento de fluido

20 Pressão hidrostática em função da profundidade O cilindro imaginário de fluido está em repouso. A força total sobre ele é nula. h 2 h 1 h A (Área da base do cilindro) F 1 = p 1 A mg r F p p 2 2 = r mg A A p p r F 1 + r F A mg 2 = = 0 A ρahg 0 = 0 h = h 2 -h 1 F 2 = p 2 A p 2 = p 1 + ρ gh

21 A pressão aumenta com a profundidade: p = ρgh. Considerando p o a pressão na superfície do líquido, a pressão absoluta na profundidade h é : p = p o + ρgh Pressão manométrica h p o p = p o + ρgh A diferença de pressão em relação à pressão atmosférica (p-p o ) é chamada pressão manométrica. (O manômetro mede diferença de pressão)

22 Obs.: essa diferença de pressão é suficiente para romper os pulmões.

23 No mesmo fluido, a pressão só depende da profundidade. E em fluidos diferentes?

24 14.5 MEDINDO A PRESSÃO O barômetro de mercúrio O manômetro de tubo aberto

25 14.6 PRINCÍPIO DE PASCAL Qualquer acréscimo de pressão num fluido se transmite uniformemente a todos os pontos no interior do fluido e às paredes do recipiente.

26 PRINCÍPIO DE PASCAL

27 Princípio de Pascal Quando um corpo é colocado em um líquido a pressão em todos os pontos é aumentada igualmente. Como consequência, um corpo flutuando não exerce torque no sistema que o contém.

28 Princípio de Pascal e o elevador hidráulico A pressão em todos os pontos é aumentada do mesmo valor p, resultando na força maior onde a área é maior.

29 Princípio de Pascal e o elevador hidráulico Força Trabalho

30 14.7 PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES - Qualquer porção de fluido está em repouso. - Então, a força (F E ) do resto do fluido sobre uma dada porção é igual ao peso (mg) dessa porção. F E mg É igual ao peso do volume de fluido. A força que o fluido exerce sobre um corpo imerso nele é chamada empuxo (F E ).

31 O resto do fluido faz a mesma força em qualquer corpo colocado no lugar da porção de fluido. Essa força, chamada EMPUXO, e é igual ao peso do volume do fluido deslocado pelo corpo.

32 PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES F E = ρ Líquido g V deslocado Todo corpo imerso parcial ou totalmente em um fluido experimenta uma força para cima, denominada empuxo, cuja intensidade é igual ao peso do volume de fluido deslocado pelo corpo.

33 Demonstração: Princípio de Pascal e de Arquimedes

34 Densímetro

35 A densidade do gelo é menor do que a da água ρ 3 gelo = kg/ m ρágua domar = kg/ m Que fração do iceberg fica visível? 3