Planeamento MECANICA FLUIDOS 12ANO

Estágio –Escola Secundária Dom Manuel 2011/2012
Martins
Planeamento Unidade 1, 12. Ano Física
Conceitos e ideias principais da Unidade
Mecânica de Fluidos
4.1. Hidrostática:
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Noção de Fluido.
Massa volúmica, densidade relativa, pressão e força de pressão.
Lei Fundamental da Hidrostática.
Lei de Pascal.
Impulsão e Lei de Arquimedes.
Equilíbrio de corpos flutuantes
4.2. Hidrodinâmica:
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
Movimentos dos fluidos em regime estacionário.
Conservação da massa e equação de continuidade.
Conservação de energia mecânica e equação de Bernoulli.
Força de resistência em fluidos; coeficiente de viscosidade de um líquido.
Actividades e observações a realizar pelos alunos
Em pequenos grupos
1. Realização de actividades práticas de sala de aula sobre a Hidrostática e Hidrodinâmica.
2. Realização de Actividades práticas de laboratório (APL 1.5 – Coeficiente de viscosidade de
um líquido Análise de um documento sobre a história da concepção da Tabela Periódica).
Em grupo global
1. Debate e reflexão, sobre os conteúdos abordados, bem como, algumas das suas
aplicações.
2. Utilização de simuladores Phet para o estudo da densidade dos corpos imersos num
fluido e para o estudo da flutuação.
1
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Principais dificuldades dos alunos
Os alunos apresentam várias dificuldades na aprendizagem da Mecânica de Fluidos.
Alguns alunos têm dificuldade:
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
Conceituais na compreensão do conceito de densidade.
Na diferenciação conceitual entre força e pressão (ou ainda, entre peso e
pressão).
Em compreender que a pressão nos fluidos atua em todas as direções, e não
apenas na direção em que é exercida a força.
Em interpretar a pressão nos fluidos e sua relação com a impulsão.


Planeamento de aulas
1.ª aula
Noção de fluido

Referir que a mecânica de fluidos se divide em duas grandes áreas: Hidrostática e
Hidrodinâmica.
Conceito de fluido e as suas propriedades.
Fluidos ideais


Massa volúmica, densidade relativa, pressão e força de pressão

Propriedades dos fluidos em equilíbrio estático e as grandezas físicas: densidade e
pressão.
Massa volúmica, ρ , ou densidade.

m
 
V
Unidades do Sistema Internacional, Kg m-3
Densidade relativa, d, de um material

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
d 
material


padrão
Pressão e força de pressão
2
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F
p =


A
Unidades do Sistema Internacional, N m-2
Mostrar que:
 Num fluido em equilíbrio hidrostático, a resultante das forças de pressão que
se exercem em todas as direcções, num ponto do fluido, é nula.
 A pressão num ponto de um fluido em equilíbrio é a mesma em todas as
direções.
Lei Fundamental da Hidrostática




Verificar que a pressão da água aumenta com a profundidade.
Verificar que num pequeno cilindro com água em repouso, a resultante das forças
exteriores é nula,
F
= 0
exteriores
As forças de pressão exercidas horizontalmente anulam-se, enquanto que as forças de
pressão segundo a vertical não se anulam, devido ao peso do liquido.
Lei Fundamental da Hidrostática - num líquido homogéneo, em equilíbrio hidrostático,
a diferença de pressão entre os dois pontos A e B, no interior do líquido, depende da
massa volúmica do líquido e da diferença de nível entre esses dois pontos.
  gh
0
Interpretação de situações práticas através da Lei Fundamental da Hidrostática:
 A superfície livre de um líquido é plana e horizontal.
 A superfície de separação de líquidos não miscíveis, num mesmo vaso é plana e
horizontal.
 Num sistema de vasos comunicantes, dois pontos que se encontram ao mesmo
nível estão à mesma pressão – através do” principio dos vasos comunicantes”, que
se baseia a distribuição de água das habitações, repuxos de água, indicadores de
nível, abertura de poços artesianos, etc.
Exercício de Aplicação
p  p


2.ª aula
APL -
3
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3.ª aula
A Pressão atmosférica
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

Referir como se designam os instrumentos que medem a pressão atmosférica –
Barómetros.
Interpretar porque a pressão atmosférica varia com a altitude. Importância da
rarefação do ar e a diminuição da massa volúmica com a altitude.
Identificar que a pressão atmosférica à superfície da terra e ao nível do mar é de 1,01 x
105 Pa (1 atm).
Medidores de pressão


Distinguir barómetros de manómetros.
Identificar algumas unidades de pressão.
Lei de Pascal


Interpretação da Lei de Pascal.
Exemplos de aplicação – prensa hidráulica, macaco hidráulico e travão hidráulico
4.ª aula
Impulsão e lei de Arquimedes


Interpretação da Lei de Arquimedes.
Identificar que a força que atua na vertical, dirigida para cima, num corpo mergulhado
total ou parcialmente num fluido, é designada por impulsão I .
Verificar que existe uma diminuição aparente do peso de um corpo quando está total
ou parcialmente imerso num fluído. Relacionar esta diferença com a impulsão I .
Verificar que a lei de Arquimedes pode ser deduzida da lei Fundamental da
Hidrostática.
Verificar a lei de Arquimedes experimentalmente



5.ª aula
Equilíbrios de corpos flutuantes

Interpretar que um corpo sólido maciço quando totalmente imerso num fluido,
quando largado podem ocorrer três situações
 
 
4
corpo
corpo

fluido
 
, o corpo afunda. P > I
fluido
, o corpo flutua no interior do fluido P=I
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 
corpo

fluido
, P < I , o corpo sobe. ficando uma parte imersa e outra a
flutuar . Exemplo os icebergues.
6.ª aula
Hidrodinâmica
Movimento dos fluidos em regime estacionário
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
Características de um fluido ideal.
Tipos de escoamento de fluidos.
Escoamento em regime estacionário e linhas de corrente
Conservação da massa e equação de continuidade


Equação de continuidade.
Verificar, a partir da equação de continuidade, que a velocidade de um fluido aumenta
quando estreita o tubo.
As linhas de corrente são mais densas nos estrangulamentos.
Caudal Volumétrico. Unidades do sistema internacional m3 s-1.


7.ªaula
APL 1.5 - Coeficiente de viscosidade de um líquido
8.ªaula
Conservação de energia mecânica e equação de Bernoulli

Equação de Bernoulli ou equação fundamental da hidrostática. Relação entre a
pressão, o desnível e a velocidade de um fluido ideal em regime estacionário, através
de um tubo de secção reta variável.
Aplicações da equação de Bernoulli

Tubo ou medidor de Venturi para medir a velocidade de escoamento de um fluido e o
caudal volumétrico.
Força de sustentação nas asas dos aviões.
Paradoxos hidrodinâmicos: bola de pingue-pongue a flutuar.
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