FIS1041
FLUIDOS e TERMODINÂMICA
Livro Texto - Fundamentos de Física 2
Halliday, Resnick, Walker 8a 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
Equipe
Trm
Horário/Sala/Unidade
Sonia
33A
SEG/QUA 07-09 L442 / GAVEA
Daniel Acosta
33B
SEG/QUA 11-13 L274 / GAVEA
Jefferson
33C
SEG/QUA 13-15 L481 / GAVEA
Jefferson
33D
SEG/QUA 07-09 BARRA / BARRA
Renato
33E
SEG/QUA 13-15 L274 / GAVEA
Waldemar
33F
SEG/QUA 15-17 L144 / GAVEA
Marcelo
33G
SEG/QUA 13-15 LS01 / GAVEA
Sônia Louro
Sala L551 A
[email protected]
[email protected]
Material didático:
cbctc..puccbctc
puc-rio.
rio.br
HIDROSTÁTICA
Carlos Vieira (com modificações)
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
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.
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:
dm
ρ=
3 (no SI)
Unidade:
kg/m
dV
m
ρ=
(densidade uniforme)
V
• Densidade de algumas substâncias.
PRESSÃO
Os sólidos e os fluidos transmitem as forças.
F
F
Pressão é força por unidade de área.
PRESSÃO
Os fluidos em repouso só fazem
força perpendicular à superfície.
Pressão é uma grandeza escalar.
F
p=
A
p = pressão (N/m2)
Demonstração da pressão atmosférica
A lata é esmagada devido à pressão atmosférica
A pressão atmosférica (no nível do mar):
p = 1,013 x 105 N/m2 ou Pascal
Pressão é uma
grandeza escalar
O valor de ∆F/
F/∆
∆A no
sensor ao lado não
depende da orientação.
Dados:
ρágua = 1,0 x 103 kg/m3
ρar = 1,21 kg/m3 (a 1 atm)
Uma moeda bóia no mercúrio. Por quê?
EMPUXO (buoyancy
(buoyancy))
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.
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.
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.
Pressão hidrostática em função da profundidade
Forças que atuam num elemento de fluido
Pressão hidrostática em função da profundidade
A (Área da base do cilindro)
O cilindro imaginário
de fluido está em
repouso.
A força total sobre
ele é nula.
h1
h2
h
mg
r
r r r
F = mg + F1 + F2 = 0
p2 A − p1 A − mg = 0
F1 = p1A
F2 = p2 A
h = h2-h1
p2 A − p1 A − ρ Ah g = 0
p2 = p1 + ρ g h
A pressão aumenta com a profundidade:
∆p = ρgh .
Considerando po a pressão
na superfície do líquido, a
pressão absoluta na
profundidade h é :
po
h p = po+ ρgh
p = po+ ρgh
Pressão manométrica
A diferença de pressão em relação à pressão atmosférica
(p-po) é chamada pressão manométrica.
(O manômetro mede diferença de pressão)
Obs.: essa diferença de
pressão é suficiente para
romper os pulmões.
No mesmo fluido, a pressão só depende da
profundidade.
E em fluidos diferentes?
14.5
MEDINDO A PRESSÃO
O barômetro de
mercúrio
O manômetro de tubo
aberto
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.
PRINCÍPIO DE PASCAL
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.
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.
Princípio de Pascal e o elevador hidráulico
Força
Trabalho
14.7
PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES
- Qualquer porção de fluido está em repouso.
- Então, a força (FE) do resto do fluido sobre uma
dada porção é igual ao peso (mg) dessa porção.
FE
mg
É igual ao peso do
volume de fluido.
A força que o fluido
exerce sobre um corpo
imerso nele é chamada
empuxo (FE).
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.
PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES
FE = ρLíquido g Vdeslocado
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.
Demonstração:
Princípio de Pascal e de Arquimedes
Densímetro
A densidade do gelo é menor do que a da água
ρ gelo = 917 kg / m3
ρ água do mar = 1024 kg / m3
Que fração do iceberg fica visível?