Mecanica dos fluidos

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FÍSICA APICADA

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II. MECÂNICA DOS FLUIDOS
2. HIDROSTÁTICA 2. 1 - Introdução Os fluidos estão presentes de maneira vital em nossa vida, basta lembrarmos que o nosso corpo é formado quase que exclusivamente de água. O próprio ar que respiramos é um fluido, ou seja, os fluidos estão por toda parte ao nosso redor, sendo essenciais para a nossa própria existência! Graças aos fluidos um aviãopode voar, um submarino pode submergir até uma determinada profundidade e um navio pode flutuar. No nosso corpo podemos citar o sangue, os líquidos do sistema digestivo e os humores do globo ocular como alguns exemplos de fluidos. Num motor de combustão, por exemplo, existem fluidos tanto na forma gasosa quanto líquida. Podemos também citar milhares de exemplos de máquinas, sistemas biológicos,mecânicos, naturais e artificiais, enfim, que apresentam algum tipo de fluido na sua composição ou que dele dependam para o seu funcionamento. Os fluidos envolvem os líquidos e os gases. Podemos definir um fluido como algo que pode fluir, escoar, o que não ocorrem com um material sólido, por exemplo. Num fluido qualquer, as moléculas arranjam-se aleatoriamente, porém são mantidas unidas por forçascoercivas fracas. Um fluido não suporta uma força tangencial à sua superfície, força esta geralmente chamada de tensão cisalhante. Por outro lado, um fluido pode exercer uma determinada força numa direção perpendicular à sua superfície. Inicialmente estudaremos a estática dos fluidos (hidrostática), a qual se preocupa com os fluidos em repouso e em equilíbrio. Após, estudaremos alguns aspectos dadinâmica dos fluidos (hidrodinâmica), a qual se preocupa como o próprio nome diz, com fluidos em movimento. 2. 2 – Massa Específica O conceito de massa específica é muito útil quando se estuda hidrostática. Denominaremos a massa específica (ou densidade, segundo alguns autores) de um fluido qualquer pela letra grega ρ (rô). Para determinarmos a massa específica de um certo fluido num determinado ponto,basta dividir a massa m da amostra de fluido em questão pelo seu respectivo volume V, ou seja,

Como podemos ver da eq. (2.1), a massa específica de um fluido é uma quantidade escalar, sendo sua unidade de medida no SI (sistema internacional) é o kg/m3. Outra unidade bastante usada é o g/cm3. O fator de conversão é dado por 1 g/cm3 = 1000 kg/m3. A massa específica de determinados materiais podevariar de um ponto para outro. Como exemplo podemos citar a atmosfera da Terra, a qual tem uma massa específica menor em grandes altitudes. A pressão, item que estudaremos a seguir, pode afetar consideravelmente a massa específica de algumas substâncias, como podemos ver no caso do ar, na tabela 2.1, a qual ilustra a massa específica de alguns materiais. Como curiosidade, um dos materiais demaior massa específica existente na Terra é o ósmio, cujo valor é de 22,5.103 kg/m3.

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Exemplo resolvido 2. 1 Calcule a massa e o peso exercido pelo ar dentro de uma sala que possui 2,5 m de altura e que possui um piso com dimensões de 4,5 m x 6 m. Resolução: Utilizamos a tabela 2.1 para obter a massa específica do ar. O volume é dado por V = 2,5m.4,5m.6m = 67,5m3 A massa doar pode ser calculada usando-se a eq. (2.1), que resulta em

O peso do ar é dado por P = mar.g, o que resulta em

2. 3 – Pressão em um Fluido Um fluido qualquer que está em repouso exerce uma força perpendicular em qualquer superfície que esteja em contato com ele. A força exercida por este fluido nas paredes de um recipiente será, portanto, perpendicular em todos os pontos deste recipiente,como ilustra a figura 2.1.

Imaginemos um pistão no qual se esteja exercendo uma determinada força, conforme ilustra a figura 2.2.

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Se F é a força normal exercida no pistão pelo fluido que está ao seu redor, e se A é a área da superfície do referido pistão, na qual está sendo aplicada esta força, como ilustra a figura 2.2, então a pressão p que o fluido exerce é...
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