Aula5_Introdução Mecânica de Fluídos

M

ECÂNICA DOS

F

LUIDOS

Introdução

I

 Mecânica: Ciência que estuda o equilíbrio e o movimento de corpos sólidos, líquidos e gasosos, bem como as causas que provocam este movimento;

 Em se tratando somente de líquidos e gases, que são denominados fluidos, recai-se no ramo da mecânica conhecido como Mecânica dos Fluidos.

I



Mecânica dos Fluidos: Ciência que trata do

comportamento dos fluidos em repouso e em

movimento. Estuda o transporte de quantidade de

movimento nos fluidos.



Exemplos de aplicações:

 O estudo do comportamento de um furacão;  O fluxo de água através de um canal;

 As ondas de pressão produzidas na explosão de uma

bomba;

 As características aerodinâmicas de um avião

P

M

F

?

O

conhecimento

e

entendimento

dos

princípios e conceitos básicos da Mecânica

dos Fluidos são essenciais na análise e

projeto de qualquer sistema no qual um

P

M

F

?



O sistema de circulação do sangue no corpo

humano é essencialmente um sistema de

transporte de fluido e como consequência o

projeto de corações e pulmões artificiais são

baseados nos princípios da Mecânica dos

Fluidos;

A

H



Até o início do século o estudo dos fluidos foi

efetuado essencialmente por dois grupos –

Hidráulicos e Matemáticos;



Os Hidráulicos trabalhavam de forma empírica,

enquanto os Matemáticos se concentravam na

forma analítica;



Posteriormente tornou-se claro para pesquisadores

eminentes que o estudo dos fluidos deve consistir

em uma combinação da teoria e da experiência;

I



Nos problemas mais importantes, tais como:

 Produção de energia

 Produção e conservação de alimentos  Obtenção de água potável

 Poluição

 Processamento de minérios  Desenvolvimento industrial

 Aplicações da Engenharia à Medicina



Sempre aparecem cálculos de:

 Perda de carga  Forças de arraste  Trocas de calor

I

Desta forma, torna-se importante o

conhecimento global das leis tratadas no

que se denomina Fenômenos de

Q

UAIS AS DIFERENÇAS FUNDAMENTAIS

ENTRE

FLUIDO E SÓLIDO

?

Fluido é mole e

deformável

Sólido é duro e

muito pouco

deformável

P

:



A diferença fundamental entre sólido e fluido

está relacionada com a estrutura molecular:

 Sólido: as moléculas sofrem forte força de atração

(estão muito próximas umas das outras) e é isto que garante que o sólido tem um formato próprio;

 Fluido: apresenta as moléculas com um certo grau de

liberdade de movimento (força de atração pequena) e não apresentam um formato próprio.

F

:L

G

Líquidos:

- Assumem a forma dos

recipientes que os contém; - Apresentam um volume

próprio (constante);

- Podem apresentar uma superfície livre;

F

:L

G

Gases e vapores:

-apresentam forças de atração intermoleculares desprezíveis;

-não apresentam nem um formato próprio e nem um volume próprio;

-ocupam todo o volume do recipiente que os contém.

T

C

M

“Qualquer

substância

pode

apresentar-se sob qualquer dos

três

estados

físicos

fundamentais, dependendo das

condições ambientais em que se

encontrarem”

F

De uma maneira geral, o fluido é caracterizado pela relativa mobilidade de suas moléculas que, além de apresentarem os movimentos de rotação e vibração, possuem movimento de translação e portanto não apresentam uma posição média fixa no corpo do fluido.

F

S

A principal distinção entre sólido e fluido, é pelo comportamento que apresentam em face às forças externas.

Por exemplo, se uma força de compressão fosse usada para distinguir um sólido de um fluido, este último seria inicialmente comprimido, e a partir de um certo ponto ele se comportaria exatamente como se fosse um sólido, isto é, seria incompressível.

F

ATORES IMPORTANTES NA

DIFERENCIAÇÃO ENTRE SÓLIDO E FLUIDO

O fluido não resiste a

esforços tangenciais por

menores

que

estes

sejam, o que implica

que

se

deformam

continuamente.

F

Já os sólidos, ao

serem solicitados

por esforços,

podem resistir,

deformar-se e ou

até mesmo

cisalhar.

F

S

Os sólidos resistem às forças de cisalhamento até o seu limite elástico ser alcançado (este valor é denominado tensão crítica de cisalhamento), a partir da qual experimentam uma deformação irreversível, enquanto que os fluidos são imediatamente deformados irreversivelmente, mesmo para pequenos valores da tensão de cisalhamento.

F

:

Um fluido pode ser definido como

uma

substância

que

muda

continuamente de forma enquanto

existir uma tensão de cisalhamento,

ainda que seja pequena.

P



Massa específica - d

É a razão entre a massa do fluido e o volume que contém essa massa (pode ser denominada de

densidade absoluta)

V

m

volume

massa 



d

P



Massa específica - d

Nos sistemas usuais:

Sistema SI...Kg/m3

Sistema CGS...g/cm3

M

Fluido

d (Kg/m

₎

Água destilada a 4

_C

₁₀₀₀

Água do mar a 15

_C

_{1022 a 1030}

Ar atmosférico à pressão

atmosférica e 0

_C

1,29

Ar atmosférico à pressão

atmosférica e 15,6

_C

1,22

Mercúrio

13590 a 13650

Petróleo

880

P



Peso específico - 

É a razão entre o peso de um dado

fluido e o volume que o contém.

V

G

volume

peso 



P



Peso específico - 

Nos sistemas usuais:

Sistema SI...N/m3

Sistema CGS...dines/cm3

P



Relação entre peso específico e

massa específica

g

d

V

g

m



_

_





V

G



P

P



Volume Específico - V

V

_s

= 1/γ =V/P

É definido como o inverso do peso

específico

P



Volume específico - V

Nos sistemas usuais:

Sistema SI... m3_/N

Sistema CGS... cm3_/dines

P



Densidade Relativa – δ

É a relação entre a massa específica de uma

substância e a de outra tomada como

P



Densidade Relativa - δ

Para os líquidos a referência adotada é a água a 4o_C

Nos sistemas usuais

Sistema SI...d₀ = 1000kg/m3

P



Densidade Relativa - δ

Para os gases a referência é o ar atmosférico a 0o_C

Nos sistemas usuais

Sistema SI...d₀ = 1,29 kg/m3

E

1. Determine o peso de um reservatório de óleo que possui uma massa de 825 kg. Adote g = 9,8 m/s2

2. Se o reservatório do exemplo anterior tem um volume de 0,917 m3 _{determine a massa específica, peso específico e}

densidade relativa do óleo.

3. Se 6,0m3 _{de óleo pesam 47,0 kN determine o peso}

específico, massa específica e a densidade relativa do fluido

4. Se 7m3 _{de um óleo tem massa de 6.300 kg, calcule sua}

massa específica, densidade relativa, peso e volume específico no sistema (SI). Considere g= 9,8 m/s2

P

 Quanto menor a área de aplicação da força, maior será a pressão.

 Quanto maior a força aplicada, maior será a pressão.

Unidade de medida: N/m2 _{= Pascal (Pa)}

E

1

 Um cubo homogêneo de alumínio com 2 m de aresta está apoiado sobre uma superfície horizontal. Sabendo que a densidade do alumínio é 2,7x103 _kg/m3 _{e g = 10 m/s}2_{, qual a pressão}

P

 A pressão devida somente à coluna de líquido, é

também chamada pressão hidrostática, e é dada por:

 Se tivermos, por exemplo, três líquidos imiscíveis

dentro de um mesmo recipiente, a pressão no fundo será a soma das pressões parciais que cada líquido exercerá individualmente.

E

2

 O recipiente da figura contém água até a altura de 20 cm.

Sabendo que a área da base vale, aproximadamente, 8 cm2_{, g= 10}

m/s2 _{e d}

água = 1 g/cm3, calcule:

a) A pressão exercida pela coluna de água no fundo do recipiente. b) A força que a água exerce no fundo do recipiente.

T

STEVIN

A pressão no ponto B é chamada de pressão absoluta ou pressão total

E

3

 Um reservatório armazena um liquido cujo nível se encontra a 10 m de altura. Com um manômetro, mediu-se a pressão a 3 m do fundo, obtendo-se um valor de 4,5x105 _N/m2_.

Considerando a pressão atmosférica = 1x105

N/m2 _{e g = 10 m/s}2_{, qual a densidade desse}

E

4

 Vasos comunicantes indicados na figura contêm os líquidos A e B em equilíbrio. Dados d_A = 1,4 g/cm3_{, d}

P

P

 O acréscimo de pressão exercido num ponto de um líquido ideal em equilíbrio se transmite

integralmente a todos os pontos desse liquido e às paredes do recipiente que o contém.

E

5

 Uma prensa hidráulica tem dois êmbolos de áreas iguais a 10 cm2 _{e 80 cm}2_{. Calcule a força}

transmitida ao êmbolo maior, quando se aplica ao menor uma força de 120 N.