FLUIDOS. Prof. Neemias Alves de Lima Instituto de Pesquisa em Ciência dos Materiais Universidade Federal do Vale do São Francisco

Transcrição

1 FLUIDOS Prof. Neemias Alves de Lima Instituto de Pesquisa em Ciência dos Materiais Universidade Federal do Vale do São Francisco 1

2 Cristalino Sólido Amorfo Estados da Matéria Líquido Fluidos Coleção de moléculas aleatoriamente arranjadas e fracamente ligadas uma às outras Gas Plasma 2

3 Densidade Densidade de um objeto de composição uniforme: 3

4 Pressão Figura 1: Em qualquer ponto na superfície do material submerso (e nas paredes do container) a força exercida é perpendicular à superfície neste ponto do objeto. Figura 2: Dispositivo simples para medir pressão exercida por um líquido. O dispositivo é submergido em um fluido, e o fluido pressiona o pistão e comprime a mola que está calibrada para medir a pressão: ( ) Em um ponto específico: 4

5 Variação da Pressão com a Profundidade Princípio de Arquimedes e Força de Empuxo Princípio de Arquimedes Qualquer objeto completamente ou parcialmente submergido em um fluido é empurrado para cima com uma força de magnitude igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. Força de empuxo: Volume do líquido deslocado pelo objeto 5

6 Fluidos em Movimento Movimento turbulento laminar Equação de Continuidade Fluido Ideal: 1. Não viscoso não existe atrito interno entre camadas adjacentes do fluido 2. Movimento estacionário/laminar velocidade, densidade e pressão em cada ponto no fluido não varia com o tempo 3. Incompressível densidade constante 4. Movimento sem rotação um pequeno objeto colocado no fluido não gira em torno de seu centro de massa 6

7 Equação de Bernoulli Fluido em movimento laminar através de um cano. O volume da seção sombreada em 2 é igual ao volume da seção sombreada em 1. O trabalho realizado pela força nas seções 1 e 2 em um intervalo de tempo t é: (trabalho total) 7

8 Equação de Bernoulli: constante 8

9 Tensão Superficial molécula parcialmente envolvida por outras moléculas => força atrativa resultante apontando para o interior do líquido, isto faz a superfície do líquido se contrair e, conseqüentemente, tornar a área superficial do líquido a menor possível. A contração da superfície cessa quando a força atrativa é balanceada pelas forças repulsivas devidas as colisões com moléculas no interior do líquido. molécula totalmente envolvida por outras moléculas => força atrativa resultante é nula alfinete Um alfinete posto cuidadosamente na superfície de um copo de água flutua, apesar da densidade do metal ser 8 vezes maior que a da água. É que a superfície da água age como uma membrana elástica quando sob tensão. O peso do alfinete produz uma depressão, aumentando a área superficial do filme, forças moleculares atuam em todos pontos ao longo da depressão tendendo a restaurar a superfície a sua posição original. As componentes verticais destas forças atual para balancear a força da gravidade no alfinete. A flutuação do alfinete pode ser eliminada adicionado um pouco de detergente na água, que reduz a tensão superficial. 9

10 Tensão superficial força de tensão superficial comprimento ao longo do qual a força atua Aparato para medir a tensão superficial filme superficial exerce forças em ambos os lados do anel 10

11 A Superficie de um Líquido Forças coesivas = entre moléculas iguais Forças adesivas = entre moléculas diferentes Forças coesivas < Forças adesivas Forças coesivas > Forças adesivas 11

12 Capilaridade Tubos capilares possuem diâmetros muito pequenos, da ordem de centésimos de um centímetro. Se um fluido para o qual as forças adesivas dominam sobre as forças coesivas, o líquido sob pelo tubo. Porque (componente vertical) (peso da coluna de líquido) (altura ou profundidade da coluna de líquido) 12

13 Fluxo de um Fluido Viscoso Viscosidade se refere ao atrito interno de um fluido. Fluxo de um fluido ideal Fluxo de um fluido viscoso Uma camada de líquido entre duas superfícies sólidas na qual a superfície inferior é fixa e a superior se move para a direita com velocidade v. A força requerida para mover a superfície superior com velocidade constante v é: ( ) Coeficiente de viscosidade 13

14 Lei de Poiseuille Taxa de fluxo = Número de Reynolds Em suficientemente altas velocidades, o fluxo de fluidos muda de simples fluxo laminar para fluxo turbulento, caracterizado por um movimento altamente irregular do fluido. Experimentalmente, esta transição é determinada por um fator adimensional chamado número de Reynolds, dado por: RN < 2000 => fluxo laminar 2000 < RN < 3000 => fluxo instável RN > 3000 => fluxo turbulento 14