FLUIDOS
Prof. Neemias Alves de Lima
Instituto de Pesquisa em Ciência dos Materiais
1
Universidade Federal do Vale do São Francisco
Cristalino
Sólido
Amorfo
Estados da Matéria
Líquido
Fluidos
Coleção de moléculas aleatoriamente arranjadas
e fracamente ligadas uma às outras
Gas
Plasma
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Densidade
Densidade de um objeto de composição uniforme:
3
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:
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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
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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
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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)
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Equação de Bernoulli:
constante
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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.
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força de tensão superficial
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
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A Superficie de um Líquido
Forças coesivas = entre moléculas iguais
Forças adesivas = entre moléculas diferentes
Forças coesivas < Forças adesivas
Forças coesivas > Forças adesivas
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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)
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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
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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
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