Fisica

Pressão (Densidade Constante; Densidade Variável; Medidores de Pressão Hidrostática)

Guia de Estudo:

Após o estudo deste tópico você deve:

- ser capaz de definir pressão e densidade;

- saber o significado de pressão hidrostática e sua relação com o vetor força;

- conhecer formas de se medir diferenças de pressão;

- saber aplicar o Princípio de Pascal (ou dos vasos comunicantes).

1. Leia a(s) seção(ões) sobre Densidade, Pressão em um Fluido e Princípio de Pascal (ou dos vasos comunicantes) nas referências de sua escolha.

2. Faça a experiência com a ventosa e responda às questões relacionadas.

3. Veja no seu livro a dedução da equação e, partindo dela, deduza a

relação entre a pressão p e a profundidade h em um líquido: .

4. Responda a estas Perguntas Básicas:

4.1. Explique por que é possível que se deite em uma cama de pregos sem sentir dor.

4.2. Uma mulher calçada com sapatos de salto fino é convidada a entrar em uma casa em cuja cozinha foi instalado recentemente um piso de vinil. Por que o proprietário da casa poderia estar preocupado?

4.3. Uma sobrepressão de apenas 20 Pa corresponde ao limiar da dor para a intensidade sonora. Entretanto, um mergulhador a 2 metros abaixo da superfície da água fica sujeito à ação de pressões bem superiores a esta (quanto maior do que esta?) e não sente dor. Por que ocorre esta diferença?

4.4. Os mergulhadores são alertados para não prender a respiração quando estiverem nadando para cima. Por quê?

5. Resolva estes Exercícios de Fixação:

5.1. Ar no quarto (P.3, p.64, Tipler);

5.2. A janela de um escritório possui 3,42 m por 2,08 m. Como resultado da passagem de um vendaval, a pressão externa cai para 0,962 atm, porém,no interir do escritório, a pressão é mantida a 1,00 atm. Qual é o valor da força resultante que empurra a janela para fora?

5.3. Os pulmões humanos podem operar contra um diferencial de pressão de menos de 0,050 atm. A que profundidade abaixo do nível da água um mergulhador pode nadar, respirando através de um snorkel (tubo longo)?

5.4. Calcule a diferença de pressão hidrostática no sangue entre o cérebro e os pés de uma pessoa com 1,83 m de altura.

5.5. Uma piscina possui as dimensões de 80 ft x 30 ft x 8,0 ft.

(a) Quando ela está cheia de água, qual é a força (devida apenas à água ) atuante no fundo? E sobre as superfícies em suas laterais?

(b) Caso você esteja preocupado com o fato de as paredes de concreto poderem ou não se romper, seria conveniente levar em conta o efeito da pressão atmosférica?

5.6. A figura mostra o esquema de um macaco hidráulico utilizado na elevação de um automóvel. O fluido hidráulico é um óleo (massa específica de 812 kg/m3). A bomba manual utilizada gera uma força de intensidade Fe, que é aplicada ao pistão menor (com diâmetro de 2,2 cm), quando é aplicada à extremidade da alavanca da bomba uma força de intensidade Fa. A massa combinada do carro a ser suspenso e da plataforma do macaco hidráulico é M = 1980 kg, e o pistão maior possui um diâmetro de 16,4 cm. O comprimento L da alavanca é de 36 cm, e a distância x do mancal até o pistão é de 9,4 cm.

(a) Qual é o valor da força aplicada Fa necessária para suspender o automóvel?

(b) Para cada descida da alavanca da bomba, onde seu punho se move de uma distância vertical de 28 cm, qual é a elevação do automóvel?

5.7. A coluna de mercúrio de barômetro possui uma altura h que mede 740,35 mm. A temperatura local é de -5,0ºC e, nesta temperatura, a massa específica do mercúrio é de 1,3608 x 104 kg/m3. A aceleração da gravidade g no local em que se encontra o barômetro é de 9,7835 m/s2. Qual é a pressão atmosférica neste local?

6. Responda, agora, a estas Questões:

6.1. Coloca-se água a um mesmo nível em todos os recipientes mostrados na figura. As áreas das bases são idênticas para todos os recipientes. Se a pressão nas partes inferiores de todos os recipientes são idênticas, a força suportada pela base de cada recipiente é a mesma. Por que, então, os três recipientes possuem diferentes pesos quando colocados sobre uma balança? Este resultado aparentemente contraditório é normalmente conhecido como o paradoxo hidrostático.

6.2. Um tubo em U, em que ambos os ramos estão abertos para a atmosfera, está parcialmente cheio de água. Derrama-se óleo, que não se mistura com a água, em um dos ramos até que ele atinja uma distância d acima do nível da água no outro ramo do tubo, o qual, neste meio tempo, subiu uma distância a, a partir do seu nível original. Esboce o gráfico da pressão em função da profundidade para os dois ramos do tubo.

7. Tente, então, fazer estes Problemas:

7.1. A pressão do ar varia à medida que nos deslocamos para grandes altitudes na atmosfera. Seja 0 e p0 os valores da densidade e da pressão ao nível do mar. Despreze a variação de g com a altitude.

(a) Supondo que a temperatura do ar permaneça constante com a variação de altitude e que o ar se comporta como um gás ideal, use a equação de gás ideal (pV = nRT) para mostrar que a densidade  é proporcional à pressão p;

(b) Dentro dessa aproximação, mostre que a pressão cai exponencialmente com a altitude h, ou seja p = p0 e(-h/a) , em que a = p0/g 0;

(c) A pressão no alto do Monte Everest (8800 m) é de 0,3 atm (confirmar) e na altitude normal de um vôo comercial (11000 m) é de 0,25 atm (idem). Compare esses dados com os previstos pela relação do item (b).

7.2. A água possui uma profundidade D atrás da face