









Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Encontra documentos específicos para os exames da tua universidade
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Conteúdo para adquirir conhecimento especifico sobre a área de fluidos em fenômenos dos transportes.
Tipologia: Notas de estudo
1 / 17
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!










4.1 – DEFINIÇÕES DE ESTÁTICA DOS FLUIDOS
Trinta mililitros de uma solução anestésica contida numa seringa de 5 g tem uma massa combinada de 80 g. Determine a densidade da solução anestésica,
SOLUÇÃO
A densidade da solução anestésica pode ser determinada de
onde r é a densidade (g/cm^3 ), ma é a massa (g) da solução e V é o volume (cm^3 ou ml). A massa da solução anestésica ma é a massa total mT menos aquela da seringa ms, ou
mT = ma + ms Þ ma = mT – ms = 80 – 5 = 75 g
O volume V da solução anestésica contida na seringa é
V = 30 ml = 30 cm^3
Assim, a densidade de uma solução anestésica pode ser determinada por
r =
EXEMPLO 2
A densidade de um radiofármaco é 0,75 g cm-3. Determine a massa de 2,0 litros deste radiofármaco
Nota:- 1 litro = 1000 cm^3
SOLUÇÃO
A massa de um líquido está relacionada à densidade e volume por
Rearranjando, e resolvendo para a massa m temos,
m = r V = (0,75 g cm-3) (2000cm^3 ) = 1500 g = 1,5 kg.
EXEMPLO 3
Determine o tamanho apropriado de um recipiente necessário para manter 0,7 g de éter que tem uma densidade de 0,62 g. cm-3.
SOLUÇÃO
O volume de um líquido está relacionado à massa e a densidade por
V = m/r = (0,7 g)/(0,62 g cm-3) = 1,129 ml
EXEMPLO 4
Um cubo de alumínio sólido tem dimensões de 6 polegadas (6 in) de comprimento em cada lado. Dado que a densidade do alumínio é
170 lb ft-3, determine a sua massa. Dado : 1 pé = 1 ft = 12 in = 30,48 cm
SOLUÇÃO
Por definição, m = r. V. Sabemos também que 1 ft = 12 in. Então, O volume do cubo é:
V = 0,5 ft. 0,5 ft. 0,5 ft = 0,125 ft^3
Portanto a massa é
m = (170 lb ft-3)(0,125 ft^3 ) = 21,3 lb
EXEMPLO 5
O osso tem uma densidade de 1,06 g cm-3. Determine a densidade relativa do osso.
SOLUÇÃO
Por definição a densidade relativa é
densidade relativa = =
EXEMPLO 6
Como calculado no problema prévio, a densidade relativa do osso é 1,06. Determine a massa de 1 cm^3 de osso
SOLUÇÃO
A massa está relacionada à densidade relativa por
A pressão sangüínea sistólica normal na circulação humana é de 120 mmHg. Determine a altura equivalente de uma coluna de água.
SOLUÇÃO
Para determinar a pressão hidrostática exercida por uma coluna de mercúrio de 120 mm:
P = r g h = (13,
Queremos agora determinar a altura de uma coluna de água requerida para exercer a mesma pressão que 120 mmHg:
1,6 x 105 dina. cm-2^ = (1,0 g cm-3) (980 cm s-2) (altura em cm)
Resolvendo para h, temos
h = 163 cm H 2 O.
EXEMPLO 9
Assuma que a área de um pé de uma pessoa de 80 kg é 25 cm x 6 cm. Determine a pressão que a pessoa exerce no chão enquanto está em pé.
SOLUÇÃO
A pressão é definida como a força por unidade de área, onde a força é o peso da pessoa W:
W = m.g = (80 kg) (9,8 m s-2) = 784 N
e a área é a área da seção transversal na qual esta força é exercida:
Apé = área de uma elipse = p (0,25 m x 0,06 m)= 0,047 m^2
Desde que a pessoa normalmente fica em pé sobre os dois pés, a área total é 2 Apé = 0,
m^2. Assim, a pressão exercida pela pessoa sobre o chão é
Assumindo a densidade da água como 1 g/cm^3 , determine a pressão no fundo de uma piscina de profundidade de (1) 60 cm, (2) 120 cm e (3) 180 cm
SOLUÇÃO
Existem dois componentes de pressão atuando no fundo de uma piscina: a pressão
hidrostática devida a água e a pressão atmosférica (1,0 atm = 1,013 x 105 N. m-2), assim conduzindo a uma pressão líquida ou total de
ptotal = patm + phid = patm + r. g. h
Numa profundidade de 60 cm, a pressão total exercida no fundo da piscina é
ptotal = patm + r. g. h =
1,013 x 105 N.m-2^ + (1000 kg.m-3).(9,8 m.s-2).(0,6 m) =
1,07 x 105 N.m-
Numa profundidade de 120 cm, a pressão total exercida no fundo da piscina é
ptotal = patm + r. g .h =
1,013 x 105 N.m-2^ + (1000 kg.m-3). (9,8 m.s-2). (1,2 m) =
1,13 x 105 N.m-
Numa profundidade de 180 cm, a pressão total exercida no fundo da piscina é:
ptotal = patm + r. g .h =
1,013 x 105 N.m-2^ + (1000 kg.m-3). (9,8 m.s-2). (1,8 m) =
1,19 x 105 N.m-
Um exemplo do Princípio de Pascal é visto no macaco hidráulico, mostrado na Figura abaixo. Se uma força de 300 N é aplicada a um
pistão de 1 cm^2 de área transversal, determine a força de ascensão transmitida a um pistão de área transversal de 100 cm^2.
SOLUÇÃO
Dado que a massa da moeda é m = 0,5 g e a densidade é r = 8,9 g cm-3, o volume de uma única moeda é
O número de moedas é assim dado por
Um tubo capilar de raio interno r = 0,30 mm está parcialmente submerso em água com uma tensão superficial T = 72 dina cm-1^ e um ângulo de contato q = 0º. Determine a altura de elevação da água no tubo capilar.
SOLUÇÃO
A altura h de elevação da água através do tubo capilar é
h = 4,89 cm
PROBLEMAS SUPLEMENTARES
Um agente anestésico tem uma densidade r = 1,86 g. cm-3^ e está num tubo de ensaio de volume V = 10 ml. Determine a massa do anestésico. Resp:- 18,6 g
Dado um volume de 5 ml de álcool etílico (r = 0,81 g cm-3), determine o volume de água (r = 1,00 g cm-3) requerido para a massa igualar aquela do álcool etílico. Resp:- 4,05 ml
Determine a força exercida pela água no fundo de um tanque de aquário de 0,9 x 0,5 m se o nível de água está a 0,85 m. Resp:- 4,95 x
104 N
Determine a pressão hidrostática devida a uma coluna de 50 cm de (1) água (r (^) água= 1 g cm-3); e 92) mercúrio (r (^) Hg = 13,6 g cm-3).
Resp:- (1) 4,9 x 10^4 dina cm-2; (2) 6,6 x 10^5 dina cm-
Considere um barômetro de mercúrio ou um tubo de vidro de forma de U com uma extremidade ou braço lacrada e cheio de mercúrio, como mostra a Fig 4. Determine a altura h da coluna de mercúrio se a pressão no braço da extremidade aberta é (1) pressão atmosférica e (2) 100 mHg. Resp:- (1) 760 mmHg (2) 97 mmHg
Determine a pressão hidrostática e a pressão total numa profundidade de 4,0 m numa piscina. Resp:- 3,92 x 10^4 N m-2; 1,4 x 10^5 N m- 2
Considere um pistão de área de secção transversal 10-2^ m^2 exercendo uma força de 600 N num recipiente cheio de água de altura h = 0,8 m (ver Figura 5). Dada a densidade da água r = 1.000 kg m-3, determine a pressão exercida no fundo do recipiente de 10-1^ m^2. Resp:- 67, N m-^.
Considere um cone invertido de altura h = 0,45 m e raio r = 0,15 m., cheio de água. Determine o peso e a força do fluido atuando para baixo na base do cone. Resp:- 103,8 N ; 311,6 N
Considere um tanque de aquário com uma base de 3,5 m por 2,0 m cheio de água até uma profundidade de 4 m. Determine a pressão
total exercida no fundo do tanque. Resp:- 2.367 N m-
Determine a pressão requerida para elevar água ao topo de uma construção de 20 m de altura. Resp:- 1,96 x 10^5 N m-
Um aneurisma pode ser aproximado por uma esfera elástica com uma pequena abertura pela qual o sangue circula e exerce pressão contra a parede interna. determine a força, em newtons, exercida pelo sangue num aneurisma, dada uma pressão sangüínea de 150
mmHg e área de secção transversal de 25 cm^2. Resp:- 49,8 N
Um tubo capilar de raio interno r = 0,2 mm está parcialmente submersa no álcool etílico. A tensão superficial e densidade do álcool
etílico são 22,3 dina cm-1^ e 8 x 10^2 kg m-3, respectivamente. Dado que o ângulo de contato é 0º, determine a altura da elevação do álcool etílico no tubo capilar. Resp:- 2,81 cm
Referindo-se ao conjunto de pistões do macaco hidráulico da Figura 3, determine a força requerida por um pistão A 1 = 1 cm^2 para
levantar um objeto de 1.200 N sobre uma área superficial A 2 = 10 cm^2. Resp:- 12 N
Um tubo capilar de 1,2 mm de diâmetro interno está parcialmente submerso em água. A água eleva-se no capilar até uma altura de
18,5 mm. Dado que a densidade e a tensão superficial da água são 1,06 g cm-3^ e 72,8 dina cm-1, respectivamente, determine (1) a
Óleo está fluindo através de um tubo circular de raio r = 0,15 m. Se a razão de fluxo volumétrico (vazão) é medida como 0,50 m^3 s-1, num certo ponto, determine:
a velocidade do óleo neste ponto e
o volume de óleo que passa neste ponto em 1 min.
SOLUÇÃO
A razão de fluxo volumétrico (ou vazão) está relacionada a velocidade por Q = A.v. Resolvendo para v e fazendo a substituição apropriada, temos
O volume do fluxo V está relacionado à vazão de fluxo volumétrico Q por
V = Q t = (0,50 m^3 s-1) (60s) = 30 m^3
Num sistema de drenagem, uma pipa de 25 cm de diâmetro interno drena para outra pipa conectada de 22 cm de diâmetro interno. Se
a velocidade da água através da pipa maior é 5 cm s-1, determine a velocidade média na pipa menor.
SOLUÇÃO
Usando a equação da continuidade, temos
A 1 v 1 = A 2 v 2
p (12,5 cm)^2 (5 cm s-1) = p (11,0 cm)^2 (v 2 )
Resolvendo para v 2 dá v 2 = 6,42 cm s-1.
Como variaria o resultado do EXEMPLO 20 se fosse usado óleo ao invés de água?
SOLUÇÃO
Não haveria alteração no resultado. A equação da continuidade é aplicável somente a fluidos que são incompressíveis, isto é, de densidade constante. O fator densidade está fora das relações entre a razão de fluxo volumétrico e velocidade de fluxo.
Assumindo o fluxo de um fluido incompressível, se a velocidade medida num ponto dentro de um vaso é 40 m s-1, qual é a velocidade num segundo ponto que tem um terço do raio original?
SOLUÇÃO
Este problema pode ser resolvido usando a equação da continuidade
r 1 A 1 v 1 = r 2 A 2 v 2
onde r é a densidade do sangue, A é a área da seção transversal, v é a velocidade, e os subscritos 1 e 2 referem às localizações dentro do vaso. Desde que o fluxo sangüíneo é incompressível, temos
r 1 = r (^2)
e v 1 = 40 cm s-1, A 2 = A 1 /3 ou A 1 /A 2 = 3. Resolvendo para v 2 dá
v 2 = (A 1 v 1 )/A 2 = 3 v 1 = 3 x 40 cm s-1^ = 120 cm s-
Expressar a lei de Bernoulle como
em termos da área transversal dos dois pontos dentro do vaso assumindo a energia potencial gravitacional igual a zero.
SOLUÇÃO
Considere um tanque cheio de água com uma abertura a uma distância h da superfície da água. A pressão da água na sua máxima altura é bastante suficiente para produzir um fluxo que sai exatamente igual ao que entra. Aplicações do Princípio de Bernoulle conduz
com o ponto 1 na superfície da água a uma altura h acima do buraco e o ponto 2 no próprio buraco
onde v é a velocidade do efluxo do buraco. Daí, resolvendo para v temos,
Como parte de sua tarefa agrícola, Jake está enchendo um cocho com água à razão de 10-4^ m s-1. Despercebido de Jake, existe um
buraco circular de área transversal de 1 cm^2 no cocho. Determine a altura máxima que a água atinge no cocho.
SOLUÇÃO
Este é um exemplo do Teorema de Torricelli. A velocidade de descarga do buraco é dada por
v =
No equilíbrio, v é a razão do influxo dividido pela área do buraco, ou
v = (10-4^ m^3 s-1) / (10-4^ m^2 ) = 1,0 m s-
Portanto, a altura máxima da água no tanque é
h = v^2 /2g = (1,0 m s-1)^2 / (2 x 9,8 m s-2) = 5,1 cm
PROBLEMAS SUPLEMENTARES
4.10 ESCOAMENTO DE FLUIDOS REAIS
Determine a variação na vazão para
um decréscimo no gradiente de pressão por ½.
um acréscimo na viscosidade por 2
um decréscimo no tamanho do vaso por ½
um acréscimo no raio do vaso por 2
SOLUÇÃO
O efeito dos vários parâmetros no fluxo do fluido pode ser determinado pela análise de sua dependência qualitativa de acordo com a lei de Poiseuille:
A vazão Q é diretamente dependente do gradiente de pressão D P. Assim, um decréscimo no gradiente de pressão por 1/2 implica D P = (D P/2). Substituindo na lei de Poiseuille dá
saída cardíaca é 5 litros min-1, determine:
a velocidade média do fluxo sangüíneo através dos vasos capilares,
o tempo que o sangue leva para atravessar um único vaso capilar e
o tempo requerido para 1 ml de sangue fluir através de um único vaso capilar na vazão normal.
SOLUÇÃO
A velocidade do fluxo sangüíneo através dos vasos capilares pode facilmente ser determinada por
O tempo que o sangue leva para atravessar um único vaso capilar é dado por
O tempo requerido para 1 ml de sangue fluir através de um único vaso capilar numa vazão normal é
t = (1,0 ml) / (1,66 ml s-1) = 0,60 s
Qual será o gradiente da pressão do sangue ao longo de um capilar de raio igual a 4 m m, se a velocidade média de escoamento for
0,33 mm/s? A viscosidade do sangue a 37 ºC é 4 x 10-3^ kg/(m.s)
Solução
Sabemos da Lei de Poiseuille que
Qual é a vazão sangüínea através da aorta de um adulto, sabendo-se que o raio da aorta é 1 cm e a velocidade média de escoamento laminar é 0,30 m/s?
Solução
A lei de Poiseuille nos dá
O diâmetro da aorta de um adulto é da ordem de 2,2 cm. A velocidade sistólica média vsis do sangue é cerca de 60 cm/s. Considere a densidade do sangue igual à da água e sua viscosidade igual a 0,004 kg/(m.s). Determine se o fluxo do sangue na aorta é laminar ou turbulento.
Solução
O número de Reynolds dá
Portanto, o fluxo do sangue é turbulento na aorta.