Relatório Fluidos
Por: Mister_M • 1/5/2016 • Trabalho acadêmico • 3.063 Palavras (13 Páginas) • 349 Visualizações
INTRODUÇÃO
A matéria é normalmente classificada como um dos três estados: sólido, líquido ou gás. Muitas vezes, esse sistema de classificação é estendida para incluir um quarto estado da matéria, chamada de plasma. A experiência cotidiana nos diz que um sólido tem um volume e forma definitiva. Um líquido tem um volume definido, mas sem forma definida. Um gás difere a partir de sólidos e líquidos em que ele não tem nem volume definido nem uma forma definida
REFERENCIAL TEÓRICO
Um fluido, em contraste com a forma de um sólido, é uma substância que pode fluir. Os fluidos tomam a forma de qualquer recipiente em que colocá-los como os gases e os líquidos. Eles fazem isso porque um fluido não é possível manter uma força que é tangencial à sua superfície. Quando discutimos corpos rígidos, estamos preocupados com as particulares concentrações da matéria. As grandezas físicas que encontramos útil são a massa e a força.
Com os fluidos, estamos mais interessados numa substância sem forma definida e em propriedades que podem variar de um ponto a outro dessa substância. É mais útil falar em densidade e pressão do que de massa e força.
Hidrostática
2.1.1 Densidade
A densidade de um corpo define-se como o quociente entre a massa e o volume desse corpo .
[pic 1]
Desta forma pode-se dizer que a densidade mede o grau de concentração de massa em um determinado volume. A unidade de densidade no SI é quilograma por metro cúbico (kg/m³). A densidade se refere a um objeto que pode ser composto de diversos materiais. A massa específica é referente a um único material, mas para líquidos e gases as expressões densidade e massa específica acabam sendo utilizadas como sinônimos.
2.1.2 Pressão
Quando um fluido tal como a água está em contacto com uma superfície sólida, o fluido exerce uma força normal (perpendicular) à superfície em cada ponto sobre a superfície. A força por unidade de área é chamada a pressão do fluido:
[pic 2]
Pressão é uma quantidade escalar, porque é proporcional à magnitude da força sobre a superfície. A unidade SI de pressão é o newton por metro quadrado (), que é chamado a pascal (Pa): [pic 3]
[pic 4]
Agora considere um líquido de densidade em repouso, como mostrado na Figura 1 : [pic 6] [pic 7][pic 5]
Segundo Serway (2013) que é uniforme em todo o líquido, o que significa que o líquido é incompressível. Deixe-nos selecionar uma parcela do líquido contido dentro de um bloco imaginário de área seccional A que se estende desde a profundidade para a profundidade . O líquido externo para o nosso bloco exerce forças em todos os pontos da superfície do bloco, sempre perpendicular à superfície. A pressão exercida pelo líquido sobre a face inferior do bloco é P, e a pressão sobre a face superior é . Portanto, a força para cima exercida pelo fluido no lado de fora do fundo do bloco tem uma magnitude PA, e a força descendente exercida sobre o topo do bloco tem uma magnitude . A massa de líquido do bloco é; portanto, o peso do líquido no bloco é de . Como o bloco está em repouso, ele pode ser modelado como uma partícula em equilíbrio, de modo que a força resultante deve ser zero. Escolhendo para cima para ser a direção y positivo, vemos que:[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14]
[pic 15]
[pic 16]
(2)[pic 17]
Esta equação demonstra a variação da pressão com a profundidade. Se o líquido é aberto para a atmosfera e é a pressão na superfície do líquido, então, é a pressão atmosférica.[pic 18][pic 19]
[pic 20]
Essa implica que a pressão é a mesma em todos os pontos que têm a mesma profundidade, independente da forma do recipiente.
2.1.3 Empuxo
Quando um objeto é mergulhado em água, ao ser submerso, desloca um volume de água igual ao seu próprio volume, já que dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar. O objeto sofre uma força contrária, devido ao deslocamento da massa de água que tem o mesmo volume do objeto. A força atuante de baixo para cima é denominada empuxo e ela é uma resultante da pressão hidrostática exercida pelo líquido, como mostra a Figura 2. Entende-se por pressão hidrostática - a força exercida pela água sobre a superfície de um objeto mergulhado. Essa pressão aumenta com a profundidade, portanto, a resultante é uma força de baixo para cima.
[pic 21][pic 22]
Se e então:
[pic 23][pic 24][pic 25]
(3)[pic 26]
Onde é o volume do fluido deslocado pelo objeto. Como o produto é igual a massa deslocada do fluido, então:[pic 27][pic 28]
(4)[pic 29]
“A magnitude da força de empuxo sobre um objeto é sempre igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto”. Esta afirmação é conhecida como Princípio de Arquimedes.
O efeito do empuxo também faz com que o objeto mergulhado na água pareça pesar menos do que fora dela. Esse “menor peso” é chamado de peso aparente, definido como o peso do objeto menos o empuxo, ou seja, menos o peso do mesmo volume em água.
[pic 30]
[pic 31]
Substituindo as massas pela relação (densidade . volume), pode-se determinar a densidade de um material por meio do seu peso aparente:
[pic 32]
Como o volume do objeto é igual ao volume de água deslocado.
(5)[pic 33]
A partir dessa expressão podemos perceber que, se o objeto tem densidade maior do que a água, seu peso aparente será positivo, ou seja, ele afundará. Por outro lado, se a densidade do objeto for menor do que a da água, seu peso aparente será negativo e ele irá boiar.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Materiais: Cilindro com um recipiente; suporte com uma haste; linha; dinamômetro; Becker e uma rocha.
1ª parte: Determinação do empuxo a partir da diferença de pressões nas faces de um cilindro
Mediu-se as dimensões do cilindro e encheu-se o Becker com água. O cilindro foi pendurado e mergulhado na água, após o cálculo da área da base. Determinou-se a pressão da face superior e inferior, calculou-se a diferença de pressão e força que age sobre o bloco para cima.
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