2. HIDROSTÁTICA CONCEITOS BÁSICOSB - PDF
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Flávio Benevides Dias
1 HIDROSTÁTICA TICA CONCEITOS BÁSICOSB 2. HIDROSTÁTICA TICA É a parte da Hidráulica que estuda os líquidos em repouso, bem como as forças que podem ser aplicadas em corpos neles submersos. 1
2 Conceito de Pressão Pressão é o quociente da intensidade da força que se exerce uniformemente sobre uma superfície, e perpendicularmente a esta, pela área dessa superfície. ÁREA A PESO P (FORÇA) Pressão = Força a /Área/ PRESSÃO= P/A Pressão Hidrostática tica Um elemento sólido, s colocado no interior de um fluido em equilíbrio, experimenta, da parte desse fluido, forças perpendiculares às suas superfícies. 2
3 Pressão em sólidos s e em líquidosl Se uma força a for aplicada a um ponto de um objeto rígido, r o objeto como um todo sofrerá a ação a dessa força. Isto ocorre porque as moléculas (ou um conjunto delas) do corpo rígido r estão ligadas por forças que mantêm o corpo inalterado em sua forma. Logo, a força a aplicada em um ponto de um corpo rígido r acaba sendo distribuída da a todas as partes do corpo. Pressão em sólidos s e em líquidosl Em um fluido isto não acontece, pois as forças entre as moléculas (ou um conjunto delas) são muito menores. Um fluido não pode suportar forças de cisalhamento, sem que isto leve a um movimento de suas partes. Um fluido pode escoar,, ao contrário rio de um objeto rígido. r 3
4 Pressão versus profundidade em um fluido estático tico A pressão a uma mesma profundidade de um fluido deve ser constante ao longo do plano paralelo à superfície. Supondo que a constante da gravidade local, g,, não varie apreciavelmente dentro do volume ocupado pelo fluido, a pressão em qualquer ponto de um fluido estático tico depende apenas da pressão atmosférica no topo do fluido e da profundidade do ponto no fluido. h2 Patm h1 PRESSÃO DEVIDA A UMA COLUNA LÍQUIDAL Supondo que háh um ponto 1 na superfície do líquido e um ponto 2 em uma profundidade h,, a pressão no primeiro ponto será a pressão atmosférica local e a pressão p2 no segundo ponto, poderá ser obtida pela relação: p 2 = patm + µ. g. h Patm 1 h 2 4
5 Pressão Atmosférica O ar, como qualquer substância próxima à Terra, á atraído por ela, isto é,, o ar tem peso. Em virtude disto, a camada atmosférica que envolve a Terra, atingindo uma altura de dezenas de quilômetros, exerce uma pressão sobre os corpos nela mergulhados. Esta pressão é denominada Pressão Atmosférica. Na verdade, vivemos no fundo de um oceano de ar e que esse oceano, como a água de um lago, exerce pressão nos corpos nele imersos. Pressão Atmosférica Torricelli, físico f italiano, realizou uma famosa experiência que, além m de demonstrar que a pressão existe realmente, permitiu a determinação de seu valor: Torricelli encheu de mercúrio rio (Hg( Hg) ) um tubo de vidro com mais ou menos 1 metro de comprimento; em seguida fechou a extremidade livre do tubo e o emborcou numa vasilha contendo mercúrio. rio. Quando o dedo foi retirado, a coluna de mercúrio rio desceu, ficando o seu nível n aproximadamente 76 cm acima do nível n do mercúrio rio dentro da vasilha. 5
6 EXPERIÊNCIA DE TORRICELLI Torricelli concluiu que a pressão atmosférica, patm,, atuando na superfície livre do líquido l no recipiente, conseguia equilibrar a coluna de mercúrio. rio. O espaço o vazio sobre o mercúrio, rio, no tubo, constitui a chamada câmara barométrica, onde a pressão é praticamente nula (vácuo). VALOR DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA Como a altura da coluna líquida l no tubo era de 76 cm, Torricelli chegou à conclusão de que o valor da pressão atmosférica, patm,, ao nível n do mar equivale à pressão exercida por uma coluna de mercúrio rio de 76 cm de altura. A pressão de 76 cm Hg é denominada pressão atmosférica normal e equivale a outra unidade prática de pressão chamada atmosfera (atm). Patm = kg/m 3 x 9,8m/s 2 x 0,76m = 1,02 x 10 5 Pa 6
7 VALOR DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA Depois de Torricelli, o cientista francês Pascal, repetiu a experiência no alto de uma montanha e verificou que o valor da pressão atmosférica era menor do que ao nível n do mar. Concluiu, então, que quanto maior for a altitude do local, mais rarefeito será o ar e menor será a espessura da camada de ar que está atuando na superfície de mercúrio. rio. VARIAÇÃO DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA COM A ALTITUDE ALTITUDE (m) PRESSÃO ATMOSFÉRICA (cm Hg)
8 MODOS DE EXPRESSAR AS MEDIDAS DE PRESSÃO Patm 1 h 2 p 2 = patm + γ. h (PRESSÃO ABSOLUTA) MANOMETRIA Manometria é o estudo dos manômetros. Manômetros são dispositivos utilizados na medição de pressão efetiva em função das alturas das colunas líquidas. 8
Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física. v.20 n.3 2009. Mecânica dos Fluidos: Uma Abordagem Histórica
v.20 n.3 2009 Mecânica dos Fluidos: Uma Abordagem Histórica Luciano Denardin de Oliveira Paulo Machado Mors Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física UFRGS Textos de Apoio ao Professor de Física, v.20
nos fios AB e AC, respectivamente. O peso do corpo P é 200 N. a) T 1 5 215 N e T 2 5 325 N e) T 1 5 200 N b) T 1 200 N 5 283 N e T 2 T 1 T 2 5 T 1
Resolução das atividades complementares Física F5 Estática p. 8 1 (PUC-RS) O sistema da figura encontra-se em equilíbrio. Determine as trações T 1 e T nos fios e C, respectivamente. O peso do corpo P é
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OBSERVAÇÃO (para todas as questões de Física): o valor da aceleração da gravidade na superfície da Terra é representado por g. Quando necessário adote: para g, o valor de 10 m/s ; para a massa específica