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FIS1041FIS1041FLUIDOS e TERMODINÂMICAFLUIDOS 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)
Equipe
Professor 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
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Sônia LouroSônia Louro
Sala L551 Sala L551 AA
[email protected]@fis.puc--rio.brrio.br
Material didático:Material didático:
cbctccbctc..pucpuc--riorio..brbr
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HIDROSTÁTICAHIDROSTÁTICA
Carlos Vieira (com modificações)Carlos Vieira (com modificações)
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CapítuloCapítulo 14 14 FluidosFluidos
Neste capítulo vamos explorar o comportamento dos fluidos. Em particular, vamos estudar o seguinte:
• Estática dos fluidos:Pressão exercida por um fluido estáticoPressão exercida por um fluido estático
Métodos de medir a pressãoPrincípio de Pascal
Princípio de Arquimedes, empuxo
• Fluidos em movimento: fluidos reais versus fluidos ideaisEquação da continuidadeEquação de Bernoulli
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• Fluido é todo material que escoa, que assumea forma do recipiente.
• Ele não apresenta resistência às forças de
O que é umO que é umFLUIDOFLUIDO
14.1, 14.214.1, 14.2
• Ele não apresenta resistência às forças deCISALHAMENTO.
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MASSA ESPECÍFICA E PRESSÃOMASSA 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.
14.314.3
uniforme) (densidadeV
m
dV
dm
=
=
ρ
ρ
MASSA ESPECÍFICA (ou DENSIDADE) MASSA ESPECÍFICA (ou DENSIDADE)
Unidade: kg/mUnidade: kg/m33 (no SI)(no SI)Definição:Definição:
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• Densidade de algumas substâncias.
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Os sólidos e os fluidos transmitem as forças.
F F
PRESSÃOPRESSÃO
PressãoPressão é força por unidade de área.
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PRESSÃOPRESSÃO
p = pressão (N/m2)
Os fluidos em repouso só fazemforça perpendicular à superfície.
PressãoPressão é uma grandeza escalar.
A
Fp = p = pressão (N/m )
Ap =
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Demonstração da pressão atmosféricaDemonstração da pressão atmosférica
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A lata é esmagada devido à pressão atmosféricaA pressão atmosférica (no nível do mar):p = 1,013 x 105 N/m2 ou Pascal
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PressãoPressão é uma
grandeza escalarescalar
O valor de O valor de ∆∆F/F/∆∆A A no sensor ao lado não depende da orientação.
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Dados: ρágua = 1,0 x 103 kg/m3
ρar = 1,21 kg/m3 (a 1 atm)
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Uma moeda bóia no mercúrio. Por quê?
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EMPUXO (EMPUXO (buoyancybuoyancy))
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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.
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FLUIDOS EM REPOUSOFLUIDOS EM REPOUSOHIDROSTÁTICAHIDROSTÁTICA
14.414.4
• A pressão aumenta com a profundidadeabaixo da interface com a água, quandoabaixo da interface com a água, quandomergulhamos.
• A pressão diminui com a altitude, quandosubimos montanhas.
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Pressão hidrostática em função da profundidade
Forças que atuam num elemento de fluido
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O cilindro imaginário de fluido está em repouso.
A força total sobre ele é nula.
h1
h2
(Área da base do cilindro)
F1 = p1A
A
hmg
Pressão hidrostática em função da profundidade
ele é nula.
F2 = p2 A
h = h2-h1
0
0
0
12
12
21
=−−
=−−
=++=
gAhApAp
mgApAp
FFgmF
ρ
rrrr
hgpp ρ+=12
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Considerando po a pressão na superfície do líquido, a pressão absoluta na profundidade h é :
p = po+ ρghh
po
A pressão aumenta com a profundidade: ∆p = 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)
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Obs.: essa diferença de pressão é suficiente para romper os pulmões.
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No mesmo fluido, a pressão só depende da profundidade.
E em fluidos diferentes?
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MEDINDO A PRESSÃOMEDINDO A PRESSÃO14.514.5
O barômetro de O barômetro de
mercúrio mercúrio
O manômetro de tubo O manômetro de tubo abertoaberto
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PRINCÍPIO DE PASCALPRINCÍPIO DE PASCAL
Qualquer acréscimo de pressão num fluido setransmite uniformemente a todos os pontos nointerior do fluido e às paredes do recipiente.
14.614.6
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PRINCÍPIO DE PASCALPRINCÍPIO DE PASCAL
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Como consequência, um corpo flutuando não exercetorque no sistema que o contém.
Princípio de Pascal
Quando um corpo é colocado em um líquido a pressãoem todos os pontos é aumentada igualmente.
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Princípio de Pascal e o elevador hidráulico
A pressão em todos os pontos é aumentada do mesmovalor ∆p, resultando na força maior onde a área é maior.
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Princípio de Pascal e o elevador hidráulico
Força
Trabalho
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- 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.
É igual ao peso dovolume de fluido.F
PRINCÍPIO DE ARQUIMEDESPRINCÍPIO DE ARQUIMEDES14.714.7
volume de fluido.
A força que o fluidoexerce sobre um corpoimerso nele é chamadaempuxo (FE).
mg
FE
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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.
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Todo corpo imerso parcial ou totalmente em um fluido experimenta uma força para cima,
FE = ρρρρLíquido g Vdeslocado
PRINCÍPIO DE ARQUIMEDESPRINCÍPIO DE ARQUIMEDES
uma força para cima, denominada empuxo, cuja intensidade é igual ao peso do volume de fluido deslocado pelo corpo.
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Demonstração:Princípio de Pascal e de Arquimedes
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Densímetro
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A densidade do gelo é menor do que a da água33
/1024/917 mkgmkg mardoáguagelo == ρρ
Que fração do iceberg fica visível?