Revisao_Prova_2serie - Colégio Franciscano Santíssima

COLÉGIO FRANCISCANO SANTÍSSIMA TRINDADE
100 anos ensinando valores
para toda a vida.
HIDROSTÁTICA – REVISÃO – 2ª SÉRIE – 1º Trimestre.
FÍSICA – PROF. VICTOR
HIDROSTÁTICA: Estuda os fluidos em estado de repouso num referencial fixo no recipiente que
os contém.
Fluido: São substâncias capazes de escoar, fluir. Gases e líquidos são classificados como
fluidos.
Fluido real: Possui VISCOSIDADE, ou seja, ocorrem atritos entre as camadas do fluido e dele
com as paredes do recipiente. Assim, há dissipação de energia na forma de calor ou através de
outras formas de energia devido ao atrito existente.
Fluido ideal ou perfeito: NÃO possui VISCOSIDADE, ou seja, não há dissipação de energia
devido a atritos internos, nem devido a interações das partículas do fluido com o ambiente. Assim,
Não há troca de energia na forma de calor entre as partículas do fluido, nem das partículas de
fluido com o ambiente.
Viscosidade: É definida como a resistência que um fluido oferece ao seu próprio movimento.
ALTA VISCOSIDADE -> BAIXA FLUIDEZ
/
Pressão (em sólidos): Definida como a razão entre a força perpendicular aplicada ao sólido e
sua área de contato com a superfície.
Unidades de medidas: No SI: N/m² ou Pa (esta é mais usada para líquidos)
1N/m² = 1 Pa.
Equivalências: 1Pa = 1N/m² / 1KPa = 1000Pa / 1atm = 100.000Pa
/ 1atm = 760mmHg
Interpretação Física: Quanto menor for à área de contato A, maior será a pressão p, para
uma mesma força F aplicada e vice-versa.
Casos particulares:
a) quando a força aplicada estiver inclinada em certo ângulo em relação a horizontal, usamos:
Obs: F.senβ, é a componente vertical da força F.
b) quando além da força aplicada com certa inclinação em relação a horizontal, o sólido exercer
uma força (Peso), a equação fica:
BAIXA VISCOSIDADE -> ALTA FLUIDEZ
Obs: P = m.g, é o peso do sólido na terra (g= 10m/s²).
Tensão superficial da água: É uma fina camada (membrana) elástica que surge na superfície da
água, devido à desigualdade das forças de atração entre as moléculas dos hidrogênios (H+) com
os oxigênios das moléculas vizinhas (O_) na superfície da água e abaixo desta superfície.
Capilaridade: É a subida ou a descida de um líquido através de um tubo fino chamado de capilar.
Esse fenômeno é resultado da interação das moléculas da água com o material de que é feito o
tubo.
Quanto mais fino for o tubo, maior é a aderência. E quanto mais quente estiver o fluido, menos
viscoso ele será (Exemplo: óleo de soja quando aquecido).
Densidade ou massa específica: Propriedade específica da matéria que permite a distinção dos
diferentes tipos de matéria. Matematicamente, é a razão entre a massa e o volume de um corpo
ou uma substância.
(corpos)

m
( Substâncias)
V
Unidades de medida: No SI: kg/m³
Usuais: g/cm³ e kg/L.
Principais conversões e fatores de conversão de unidades:
g/cm³
kg/m³
X 1000
 kg/m³ / 1L = 1000 cm³ ou 10³ cm³
÷ 1000
 g/cm³ / 1L = 0,001 m³ ou 10-3 m³
OBS: Para misturas de duas substâncias P e Q, usamos: dm=(mP + mQ)/(VP + VQ).
Pressão hidrostática (em líquidos): é a pressão exercida pela coluna de líquido. É dada pelo
produto da massa específica do líquido µ, da gravidade local g e da profundidade h em relação a
superfície do líquido. Matematicamente temos:
ph = .h = .g.h
ρ é o peso específico dado por:
ρ = .g.
Obs: A Pressão hidrostática:
a) Independe da forma, volume, inclinação ou diâmetro do recipiente.
b) É a mesma para pontos situados num mesmo nível.
c) A cada 10m de profundidade, a ela aumenta 1atm ou 105 Pa.
Pressão absoluta ou total: é a soma da pressão hidrostática mais a pressão atmosférica que
atua na superfície do líquido. Assim:
OBS: Ao nível do mar a pressão atmosférica vale: 1 atm = 105 Pa =
pt = patm + gh
76 cmhg = 0,76 mhg
Lei de Stevin: Simon Stevin demonstrou que “a diferença de pressão entre dois pontos no interior
de um líquido depende do líquido, da gravidade e da diferença de profundidade dos pontos
considerados”.
p = pB - pA = gh
A experiência de Torricelli: Esta medida foi realizada com sucesso e certa precisão na
famosa experiência realizada pelo italiano Evangelista Torricelli. Ele estava no nível
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do mar, quando tomou um tubo de ensaio de 1m de comprimento cheio de mercúrio e
vedando a extremidade aberta mergulhou esta extremidade em um recipiente também
contendo mercúrio, mantendo o tubo na vertical. Ao liberar a extremidade o mercúrio
do tubo de ensaio desceu até uma altura de76cm da superfície livre do mercúrio no
recipiente.
1.h1 + 2.h2 = 3.h3
Lei de Pascal: “O acréscimo (ou decréscimo) de pressão (∆p) em um fluido,
transmite-se INTEGRALMENTE a todos os pontos do líquido”.
Prensa hidráulica ou elevador hidráulico:
F1
F
 2
A1
A2
ou
F2 = F1 .
A2
A1
“O que se ganha em força, se perde em deslocamento.”
FATORES QUE INFLUENCIAM NA PRESSÃO ATMOSFÉRICA:
a) Quanto maior for a altitude, mais rarefeito será o ar, e menor será a pressão
atmosférica.
b) Quanto maior for a temperatura do ar, menos denso ele será. Como consequência
a pressão atmosférica diminui.
c) Quanto maior for a umidade do ar, há mais vapor d’água suspenso. Como esse
vapor é mais leve (menos denso), este fato acarreta redução na pressão atmosférica.
Vasos Comunicantes: Chamam-se vasos comunicantes o sistema de vasos interligados
e com a superfície livre.
a) Tubos contendo o mesmo líquido: o nível de coluna líquida será o mesmo, pois a
massa específica do líquido é igual e a gravidade local também (paradoxo
hidrostático).
b) Tubo em U contendo líquidos diferentes: Neste caso o líquido mais denso atinge
o menor nível no tubo.
1.h1 = 2.h2
Obs: Se você tiver três líquidos imiscíveis em um vaso
comunicante, escolha dois pontos de mesma pressão. O
lado que ficar com dois líquidos acima do ponto de
separação, basta somar a pressão correspondente.
A1
h 2

A2
h1
Teorema de Arquimedes: “Todo corpo imerso em um fluído recebe uma força vertical,
para cima, denominada EMPUXO cujo módulo é igual ao peso do volume de fluido
deslocado”.
E  L  g  VSUBM.
O peso de um corpo imerso em um líquido é dado por:
P  C  g  VC
Observações
 Constata-se que o empuxo independe:
a) do peso do corpo;
b) da densidade do corpo;
c) do fato do corpo ser oco ou maciço;
d) da massa do corpo;
e) da profundidade onde se encontre o corpo.
 O empuxo é basicamente devido ao fato de que a pressão na parte inferior do corpo
é maior que a pressão na sua parte superior.
 A lei de Arquimedes aplica-se igualmente aos líquidos e aos gases. Assim, o
empuxo tanto é responsável pela sustentação de um nadador numa piscina, como pela
elevação de um balão-sonda a partir do solo.
Casos particulares:
1º) Corpos totalmente imersos: Condição:
Situações possíveis:
Vld = Vcorpo
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a) Se o peso do corpo é maior que o empuxo: o corpo afunda.
Pap = P - E
P > E implica que a dc> dF / Força resultante:
b) Turbulento ou turbilhonar: Não segue uma linha de fluxo e as partículas do fluido
apresentam movimento caótico, ou seja, a velocidade é variável em cada ponto do
fluxo. A velocidade nesse escoamento é relativamente alta.
b) Se o peso do corpo é menor que o empuxo: o corpo vai à tona e flutua.
Fasc = E - P
P < E implica que a dc< dF / Força resultante:
c) Se o peso do corpo é igual ao empuxo do líquido: o corpo permanece em
equilíbrio no interior do líquido. Nesse caso, as densidades do corpo e do líquido são
iguais.
P = E implica que a dc = dF / Força resultante:
Fr = 0
d) Se o corpo cai verticalmente com aceleração que pode ser maior ou menor que a
gravidade terrestre, usamos:
a = (dc – df).g / dc
2º) Corpos flutuantes: Condição:
Vcorpo

 corpo
 Líquido
(as duas razões acima indicam a parte do corpo que esta submersa ou o
percentual submerso).
Ou
VSUBM 
Q=
V
t
Ou
Q = A .v
Unidade no SI: m³ /s.
Conversões e fatores: 1cm² = 0,0001 m² ou 10-4 m² / 1cm³ = 10-6 m³ /1L = 1000 cm³
ou 10³ cm³ / 1L = 0,001 m³ ou 10-3 m³.
E=P
VLíq. deslocado
Vazão (Q): É definido com a razão entre o volume do líquido que passa pela secção de
uma canalização em certo intervalo de tempo. Também pode ser definida como o
produto da área de secção do tubo pela velocidade de escoamento. Matematicamente,
temos:
C
 VC
L
Equação da continuidade: Em sistemas de fluxo constante (as vazões são iguais
Q1=Q2) pode ser aplicado o principio de Castelli:
Em tubulações em que existe um estrangulamento, na secção
A1 . v1 = A2 . v2 de área menor, a velocidade é maior, e onde a área é
maior, a velocidade é menor.
Portanto, quanto mais denso for o corpo flutuante, maior é o volume submerso.
HIDRODINÂMICA: Estuda os fluidos em movimento num referencial fixo na tubulação que os
contém.
Tipos de escoamento:
a) Permanente ou estacionário: A velocidade de escoamento é constante para
qualquer ponto do fluxo, ou seja, a velocidade, a pressão e a densidade não se alteram
com o passar do tempo.
Equação de Bernoulli: Relaciona as variáveis pressão e velocidade de escoamento em
um líquido que escoa em um tubo com lados com alturas iguais ou diferentes em
relação ao solo.
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forçado a subir. Na figura está esquematizado um corte transversal da asa de um
avião. Verifica-se que a resultante das forças sobre a asa (F = F1– F2) é para cima.
Conceito físico explicitado na equação de Bernoulli:
Quanto maior for a velocidade de escoamento de um fluido, menor será a pressão
exercida e vice-versa.
Para tubulações horizontais temos:
c) Lei de Torricelli
A lei de Torricelli permite calcular a velocidade de escoamento de um líquido através
de um orifício num grande reservatório, a uma profundidade "h" abaixo do nível do
líquido.
v=
p1 +
2gh
1
1
 v12 = p2 +  v 22
2
2
Aplicações da equação de Bernoulli.
a) Tubo de Venturi:
v1 < v2 , logo p1 > p2
b) Sustentação da asa de um avião: é construída de forma que a velocidade do ar em
cima seja maior que em baixo. Com efeito, a pressão em baixo é maior que em cima,
gerando uma força maior em baixo, de tal forma que a asa e, portanto todo o avião seja
d) A bomba de ar faz com que o ar se mova com velocidade v, paralelamente ao
extremo (A) de um tubo que está imerso em um líquido, fazendo com que a pressão aí
diminua em relação ao extremo inferior (ponto B) do tubo, pois no ponto B o líquido
está praticamente parado, logo a pressão é maior.
A diferença de pressão entre os pontos A e B empurra o fluido para cima. O ar rápido
também divide o fluido em pequenas gotas, que são empurradas e se espalham para
frente.
BONS ESTUDOS!