Física em acão_M5 Fluidos_Porto Editora

Mecânica_Física em ação 12º ano_M5_Fluídos

1. Fluidos Fluidos M5 Mecânica

2. Noção de fluido Fluidos M5 Os fluidos (líquidos e gases) são materiais capazes de escoar, isto é, de fluir através de uma abertura no recipiente onde estão contidos. Repare Os líquidos e os gases são fluidos , embora com características diferentes .

3. Massa volúmica e densidade relativa Fluidos M5 A massa volúmica , ρ , ou densidade de um material é igual à massa, m , contida na unidade de volume, V , desse material. A massa volúmica dos sólidos e dos líquidos varia muito pouco com a temperatura e pressão; é praticamente constante . A massa volúmica dos gases depende da temperatura e da pressão. A unidade SI de massa volúmica é o quilograma por metro cúbico , kg m −3 .

4. Massa volúmica e densidade relativa Fluidos M5 A densidade relativa , d , de um material é a razão entre a massa volúmica desse material e a massa volúmica de um material-padrão. No caso dos sólidos e líquidos , o material-padrão é a água a 4 °C e à pressão atmosférica normal – No caso dos gases , o material-padrão é o ar , nas condições normais de pressão e temperatura (a PTN) – Repare A densidade relativa diz-nos quantas vezes um material é mais ou menos denso do que o padrão considerado.

5. Fluidos M5 Pressão e força de pressão A pressão é uma grandeza física importante para o estudo do equilíbrio hidrostático dos fluidos. Define-se pressão , p , como a intensidade da força exercida perpendicularmente a uma superfície, por unidade de área. A unidade SI de pressão é o newton por metro quadrado , N m −2 , ou pascal , Pa (1 Pa = 1 N m −2 ).

6. Fluidos M5 Pressão e força de pressão Num fluido em equilíbrio hidrostático (em repouso a nível macroscópico), as forças exercidas nas superfícies em contacto com o fluido são perpendiculares a essas superfícies em todos os pontos. Essas forças designam-se por forças de pressão . Repare Em B , a água sai horizontalmente pelos orifícios , devido às forças de pressão perpendiculares às paredes.

7. Fluidos M5 Lei Fundamental da Hidrostática Lei Fundamental da Hidrostática – num líquido homogéneo, em equilíbrio hidrostático, a diferença de pressão entre dois pontos A e B, no interior do líquido, depende da massa volúmica do líquido e da diferença de nível entre esses dois pontos. A diferença de pressão entre dois pontos no interior de um líquido é diretamente proporcional à profundidade.

8. Fluidos M5 A Lei Fundamental da Hidrostática explica , por exemplo, que:

9. Fluidos M5 Lei de Pascal Lei de Pascal – qualquer variação de pressão num ponto de um fluido em equilíbrio hidrostático transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes do recipiente que o contém. No líquido do vaso, se a pressão aumentar para , a pressão em A passa a ser: Repare

10. Fluidos M5 Lei de Pascal Uma aplicação importante da Lei de Pascal é a prensa hidráulica . Na prensa hidráulica , a pressão exercida em qualquer um dos êmbolos é transmitida integralmente ao outro êmbolo em contacto com o líquido. Como as variações de pressão nos dois êmbolos são iguais, tem-se:

11. Fluidos M5 Impulsão e Lei de Arquimedes Qualquer corpo mergulhado total ou parcialmente num fluido é atuado por uma força vertical, dirigida para cima, que se designa por impulsão , . Repare O módulo da impulsão pode ser determinado pela diferença entre os valores registados nas duas leituras do dinamómetro; com o corpo suspenso no ar e com o corpo mergulhado no líquido .

12. Fluidos M5 Impulsão e Lei de Arquimedes Lei de Arquimedes - Qualquer corpo mergulhado total ou parcialmente num fluido sofre, por parte deste, uma impulsão, que é uma força vertical, dirigida de baixo para cima e de intensidade igual à do peso do fluido deslocado pelo corpo. onde: ρ – massa volúmica do fluido V – volume do fluido deslocado m – massa do fluido deslocado

13. Fluidos M5 A impulsão é uma força que se faz sentir sempre que um corpo está total ou parcialmente imerso num fluido , quer seja um líquido ou um gás. Um corpo em contacto com o ar sofre impulsão . No entanto, como a densidade do ar é muito pequena, a intensidade da impulsão é pequena . Comparando-a com o valor do peso do corpo, geralmente é desprezada , a não ser que o corpo seja, por exemplo, um balão de ar quente . Repare Quando um corpo está unicamente sob a ação do seu peso e da impulsão , podem verificar-se as situações:

14. Fluidos M5 Equilíbrio de corpos flutuantes

15. Fluidos M5 Força de resistência exercida por um fluido Quando um corpo pequeno se desloca num fluido com velocidade baixa , a força de resistência ao movimento , que o fluido exerce nele, varia linearmente com a velocidade e tem sentido oposto a esta. K - constante que depende da forma e das dimensões do corpo - coeficiente de viscosidade do fluido; a unidade SI é o Pascal segundo , Pa s . O módulo da força de resistência ao movimento de uma pequena esfera metálica largada num fluido, com velocidade baixa , é dado pela expressão:

16. Fluidos M5 Força de resistência exercida por um fluido Quando um corpo tem grandes dimensões ou se desloca num fluido com velocidade elevada , como um paraquedista, o módulo da força de resistência ao movimento é proporcional ao quadrado da velocidade do corpo. Repare O módulo da força de resistência exercida por um fluido é proporcional ao: módulo da velocidade , para corpos pequenos que se deslocam no fluido com velocidade baixa ; quadrado da velocidade do corpo, para corpos de grandes dimensões ou que se deslocam no fluido com velocidade elevada .

17. Fluidos M5 Exercício 1. A figura representa um tubo em U, com ramos de diferente secção reta, contendo inicialmente mercúrio. Posteriormente, foram adicionados, no ramo da direito, 90 mL de um líquido X, imiscível com o mercúrio, de densidade . Sabe-se que . 1.1. Determine a altura da coluna de líquido X, h 2 . 1.2. Sabendo que os pontos 1 e 2 estão ao mesmo nível da superfície de separação dos dois líquidos, mostre que: . 1.3. Sendo que , determine a altura h .

18. Fluidos M5 Exercício − Resolução 1. 1.1. Substituindo pelos valores, tem-se: 1.2. Como os pontos 1 e 2 pertencem ao mesmo líquido e estão ao mesmo nível, é: Aplicando a Lei Fundamental da Hidrostática, vem:

19. Fluidos M5 Exercício − Resolução 1. 1.3. Um volume de mercúrio, dado por , foi deslocado pela adição do líquido X no ramo direito. O correspondente aumento de volume no ramo esquerdo será . Como o volume total de mercúrio não se altera, será: Substituindo pelos valores, tem-se: