Experiência 07 Fluidos em Equilíbrio Simone Fraiha.

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1 Experiência 07 Fluidos em Equilíbrio Simone Fraiha

2 Sumário 1. Objetivos 2. Fundamentos Teóricos 3. Material Utilizado 4. Atividades Experimentais

3 1. Objetivos Ao término da experiência o aluno deverá ser capaz de: a. Determinar o empuxo b. Determinar a densidade da água c. Determinar a pressão.

4 2. Fundamentos Teóricos Conceitos: fluido, densidade, pressão. Lei de Stevin Princípio de Pascal Princípio de Arquimedes

5 3. Material Utilizado Empuxômetro Dinamômetro Corpo cilíndrico Becker Líquido (água) Seringa (ou pipeta)

6 4. Atividades Experimentais 4.1. Pendure o cilindro de náilon na parte inferior do cilindro de oco e ambos no dinamômetro de acordo com a fig.1 e anote o peso do corpo fora do líquido.

7 4.2. Mergulhe o cilindro na água (fig 2) e anote a leitura no dinamômetro. 4.3. Com a seringa, recolha água do copo do Becker e encha o cilindro de oco. Qual a leitura indicada pelo dinamômetro ao encher o “balde” com um volume de água igual ao deslocado pelo cilindro submerso? 4.4 Meça com o paquímetro a altura do cilindro e náilon. 4.5 Respondas as questões do roteiro. 4.6 Fazer relatório contendo no resumo teórico os conceitos e os princípios citados, fazendo referencia a sua aplicação no presente experimento.

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9 2. Fundamentos Teóricos Fluidos são substâncias que podemos fazer fluir pela aplicação apropriada de forças. Os fluidos podem ser classificados em líquidos e gases. Os líquidos são praticamente incompressíveis e portanto podem ser considerados como tendo um volume fixo, mesmo que sua forma possa variar quando são derramados de um recipiente para outro. Os gases são altamente compressíveis e, portanto, não tem volume característico, eles simplesmente se expandem ou comprimem para encher qualquer recipiente no qual forma colocados.

10 A condição necessária para que um fluido esteja em equilíbrio é que seus limites experimentem apenas forças normais; a ação de forças tangenciais de cisalhamento faz com que o fluido flua (escoe). Quando trabalhamos com a mecânica de partículas e de corpos rígidos, usamos as massas de objetos individuais e as forças que atuam nos corpos individuais. No caso do fluido, devido as propriedades especiais deles é conveniente trabalharmos em termos de densidade, pressão e volume.

11 A massa específica ou densidade absoluta ou simplesmente densidade ρ de um fluido homogêneo é definida como sendo a massa por unidade de volume Para um fluido incompressível, a densidade é constante em todos os seus pontos, mas isto não é verificado em fluidos compressíveis, pois depende de vários fatores como temperatura e pressão as quais eles estejam submetidos, embora, possa ser considerada constante sob certas condições restritas. No sistema métrico, a densidade é expressa em g/cm 3 e kg/m 3.

12 O conceito de pressão pode ser entendido melhor, considerando-se um elemento infinitesimal de área dA em qualquer parte do fluido. Devem haver forças exercidas pelo fluido em tal elemento de área, forças (se o fluido está em equilíbrio) que serão normais ao elemento, (já que os fluidos não podem suportar forças tangenciais sem fluir). A pressão num destes elementos de área é definido como o módulo da força que atua nele dividido pela área do elemento. Água Ar y y = 0 y2y2 y1y1 Nível 1, p1 Nível 2, p2 F1F1 F2F2 m Porção W = mg dA Pressão é uma grandeza escalar, pois a expressão acima envolve apenas o módulo da força, uma quantidade escalar. (p em N/m 2 = pascal (Pa)); (1 atm = 1,01 x 10 5 Pa)

13 A figura mostra um tanque com água - ou outro líquido – aberto à atmosfera, onde destacamos uma dada porção (em vermelho). É fato conhecido que a pressão num lago ou mar, aumenta com a profundidade. As pressões encontradas por um mergulhador são usualmente chamadas de pressões hidrostáticas, porque são devidas a fluidos estáticos (em repouso). y1 e y2 são números negativos Água Ar y y = 0 y2y2 y1y1 Nível 1, p1 Nível 2, p2 F1F1 F2F2 m Porção W = mg Variação de pressão em um fluido em repouso

14 Estudaremos a principio o aumento de pressão com a profundidade abaixo da superfície da água. Na figura a porção de água (em vermelho) encontra-se em repouso, então: Água Ar y y = 0 y2y2 y1y1 Nível 1, p1 Nível 2, p2 F1F1 F2F2 m Porção W = mg Obs: Aqui representaremos o peso pela letra W porque usaremos p para representarmos a pressão. A equação acima é conhecida como lei de Stevin ou princípio hidrostático.

15 Se quisermos achar a pressão p a uma profundidade h abaixo da superfície, designaremos nível 1 a superfície e nível 2 a distância h abaixo dela. Representando por p 0 a pressão atmosférica: Água Ar y y = 0 h p0p0 Nível 1 Nível 2 p

16 O Princípio de Pascal estabelece que: “A pressão aplicada a um fluido é transmitida integralmente a todas as partes do fluido e às paredes do recipiente que o contém”. O Princípio de Arquimedes afirma que “quando um corpo está imerso num fluido, este exerce uma força para cima sobre o corpo igual ao peso de fluido que ele desloca”. Para um corpo penetrar no interior de um líquido é necessário o afastamento de matéria que antes ocupava tal lugar logo: peso do líquido deslocado = peso do corpo O peso do corpo no interior e no exterior do líquido são diferentes:

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18 Ou seja, se colocarmos uma bolsa, uma pedra ou um pedaço de madeira com as mesmas dimensões, a mesma força de empuxo atuará nos três. 1) P > E → corpo afundará (ρ c > ρ l ); 2) P = E → corpo fica em repouso (ρ c = ρ l ); 3) P < E → corpo sobe (ρ c < ρ l );

19 Vasos Comunicantes Conseqüências da Lei de Stevin, no interior de um líquido em equilíbrio estático: – pontos de um mesmo plano horizontal suportam a mesma pressão; – a superfície de separação entre líquidos não miscíveis é um plano horizontal; – em vasos comunicantes quando temos dois líquidos não miscíveis temos que a altura de cada líquido é inversamente proporcional às suas densidades; – a diferença de pressão entre dois pontos dentro do fluído, depende apenas do seu desnível vertical (Δh), e não da profundidade dos pontos. Vasos comunicantes, com dois líquidos não miscíveis em equilíbrio.