EFEITOS DA PRESSÃO
Washington Braga
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Histórias
• E. Torricelli (1644): peso do ar da
atmosfera – barômetro
• B. Pascal (1650): primeiro a medir
altitudes com o barômetro
• Otto von Guericke (1654):
– Experimentos com vácuo (hemisférios de
Magdeburg)
– Associou pressão às condições ambientais
– Começou a bombear ar para mergulhadores
Manometria:
• Supondo a massa
específica do ar
constante:
• H (himalaia) = 8,8 km
• M (ar)= 5,2 1018 kg
• P(Himalaia) = 253 torr
• Sangue “ferve” -19km
• Efeitos semelhantes:
– Fluido
• H = 8,5 km, P = Po/3
• H = -8,5 km, P =900 Po
– Acelerações
– Altitudes
• Altitudes
• Vácuo
Efeitos da Altitude:
(pressões parciais)
• Em h = 0, superfície do mar:
– O2 na atmosfera é 21% do ar
– Pressão parcial é 0,21x101 kPa = 22 kPa =
160 torr – respirar é simples, não percebemos
– Inspirar demanda esforço, expirar é no
relaxamento dos músculos.
– A respiração é controlada pelo nível de CO2
no sangue
• Para trabalhos normais, a menor concentração
de O2 é 100 torr, o que define a altitude máxima
para vôos sem pressurização. Necessidade
humana.
• Esta pressão é atingida quando a pressão
barométrica for igual a 476 torr
(aproximadamente a 3,7 km)
• Limite legal para vôos sem pressurização: 3 km
• Aviões comerciais voam a 10 km, com pressões
internas de 1,5 a 2,4 km, para reduzir peso.
• Em h = 253 torr (Himalaia):
– O2 na atmosfera é 21% do ar
– Pressão parcial é 0,21x253 = 53 torr – respirar é
complicado, fazemos esforço.
– Respirar com garrafas pressurizadas: inspirar é
simples, expirar cansa;
– A respiração ofegante hiperventila:
• Redução no nível de CO2, o que é bom pois aumenta o
volume para o oxigênio
• Quem nasceu/cresceu em regiões elevadas tem pulmões
maiores, corações maiores, maior número de hemácias, etc
Novo problema:
água!
• Na temp do corpo (37C), a pressão parcial do
vapor dágua é 47 torr. Se p atm = 47 torr (h =
19,2 km, o sujeito morre afogado).
• A % de v. água nos pulmões é de 6% ao nível
do mar (na atmosfera é de 0,5%): há produção
de água nos pulmões.
• No Himalaia, Patm = 253 torr, a pressão parcial
do vapor dágua passa para 19%.
• Sobra menos espaço para oxigênio.
• Aviões civis são projetados para que o ar
escape e a pressão caia lentamente.
• O Concorde voava entre 15-18 km, superior
ao máximo tolerável pelo corpo humano
• A baixa pressão barométrica nestas altitudes
implica que não há lugar bastante para o
oxigênio.
• Condições próximas a de vaporização do
sangue.
Escoamentos
Externos
Separação do
Escoamento
Avião voa?
Equação de Bernoulli:
2
P V

 2
 Constante
1a. Lei de Newton:
Na ausência de forças externas, um objeto
em repouso permanece assim e um objeto
em movimento continua em movimento com
velocidade constante em linha reta.
Se um objeto estiver mudando de
direção, há alguma força agindo
sobre ele!
Assim, o que temos é:
Maior pressão
Maior pressão
A maior pressão na frente
da asa empurra ar para cima
(ruim para a sustentação!)
A menor pressão sobre
a asa puxa ar externo
que é deslocado para
baixo!
Lembrem-se
do ventilador
de teto!
3a. Lei de Newton:
ação e reação!
Efeito coanda
explica porque
fluido tende a
acompanhar a asa
Os pilotos sabem que maior sustentação é obtida,
até um certo limite, aumentando-se o ângulo de
ataque.
Alguns números:
d
(mv )
L   mv  
 mv  mU tan 
dt
t
onde m é a massa deslocada e v é a velocidade vertical.
Por outro lado, definimos o coeficiente de sustentação como
sendo:
cL 
L
1
 fluido U 2 A
2
No equilíbrio:
f UA
1
m  cL
2
tan 
Massa deslocada aumenta com a velocidade
do avião, com a área das asas e com a
densidade do ar ambiente.
Exemplo:
Considerando um Cessna de 1 tonelada, ângulo de ataque de
5o, e velocidade de vôo = 220 km/h, podemos calcular qual a
massa de ar sendo deslocada!
Velocidade vertical: 19 km/h
Massa deslocada: 5 toneladas / segundo!
Imaginem o que acontece com um Boeing de 250 toneladas
na decolagem!
Pela movimentação intensa do ar
sobre a asa, podemos concluir que:
A parte de cima da asa é muito mais crítica
para o vôo que a parte de baixo. É por isto
que os aviões podem carregar pesos (tanques
adicionais, bombas, etc) sob a asa mas não
sobre a asa! Nesta situação, a sustentação
seria prejudicada.
Resultado do tamanho finito de uma
asa:
Dois vórtices de
pontas de asa!
Um vórtice
atua no outro,
provocando
um efeito
descendente!
-Formação em
V no vôo dos
pássaros
-Problema para
aviões
pequenos
OBRIGADO PELA
ATENÇÃO!