Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos

ATIVIDADES PRÁTICAS 1 ELASTICIDADE E COMPRESSÃO DO AR Desenvolva um relatório da aula prática de elasticidade e compressão do ar com detalhes e análise acerca dos resultados observadosencontrados Nessa aula devem ser apresentados o que acontece com as bolhas ao se aumentar e diminuir a pressão Lembrese de colocar fotos da prática em si e os principais resultados ATIVIDADE PRÁTICA 2 ELEVADOR HIDRÁULICO Desenvolva um relatório da aula prática de elevador hidráulico com detalhes e análise acerca dos resultados observadosencontrados Nessa aula deverá ser apresentada a montagem do projeto a execução da prática e sua explicação Lembrese de colocar fotos da prática em si e os principais resultados ATIVIDADES PRÁTICAS 3 CANHÃO PNEUMÁTICO Desenvolva um relatório das aulas práticas de canhão pneumático com detalhes e análise acerca dos resultados observadosencontrados Nessa aula deverá ser apresentada a montagem do projeto e funcionamento do projeto Lembrese de colocar fotos da prática em si e os principais resultados ATIVIDADES PRÁTICAS 4 BEBEDOURO DE TORRICCELI Desenvolva um relatório das aulas práticas de bebedouro de torricceli com detalhes e análise acerca dos resultados observadosencontrados Nessa aula deverá ser apresentada a montagem do projeto cálculos e funcionamento do projeto Lembrese de colocar fotos da prática em si e os principais resultados ATIVIDADES PRÁTICAS 5 DENSIDADE DOS FLUIDOS Desenvolva um relatório das aulas práticas de densidade dos fluidos com detalhes e análise acerca dos resultados observadosencontrados Nessa aula deverá ser apresentada a montagem do projeto cálculos e funcionamento do projeto Lembrese de colocar fotos da prática em si e os principais resultados ATIVIDADES PRÁTICAS 6 FREIO HIDRÁULICO Desenvolva um relatório das aulas práticas de freio hidráulico com detalhes e análise acerca dos resultados observadosencontrados Nessa aula deverá ser apresentada a montagem do projeto e funcionamento do projeto Lembrese de colocar fotos da prática em si e os principais resultados ATIVIDADES PRÁTICAS 1 ELASTICIDADE E COMPRESSÃO DO AR A presente aula prática teve como objetivo analisar os conceitos físicos de elasticidade e compressão do ar com a observação experimental das variações de pressão e volume em um sistema fechado Utilizouse um experimento de compressão do ar dentro de uma seringa fechada sem a presença de líquido permitindo a percepção empírica das propriedades elásticas dos gases Inicialmente com o êmbolo da seringa em sua posição inicial o volume do ar contido no interior era máximo o que representa uma pressão próxima à pressão atmosférica externa À medida que o êmbolo era pressionado para dentro reduzia se o volume disponível para o ar resultando em um aumento proporcional da pressão interna conforme a Lei de Boyle que estabelece que para uma temperatura constante a pressão de um gás ideal é inversamente proporcional ao seu volume P1V 1P2V 2 Esse comportamento foi claramente observado pois o esforço necessário para continuar reduzindo o volume aumentava progressivamente Ao liberar a pressão sobre o êmbolo o mesmo retornava parcialmente à sua posição inicial devido à força elástica do ar comprimido demonstrando o caráter reversível da deformação elástica dos gases Tal comportamento está relacionado à propriedade de elasticidade volumétrica dos materiais descrita pelo módulo de compressibilidade isotrópico que caracteriza a resistência de um fluido à variação de volume sob pressão externa Durante a realização do experimento foi possível notar o surgimento de pequenas bolhas quando a pressão era liberada bruscamente Esse fenômeno ocorre devido à rápida variação de pressão resultando na expansão repentina do gás dissolvido no ambiente o que se assemelha ao princípio físico observado em situações reais como a descompressão em mergulhos profundos ou em garrafas de refrigerante ao serem abertas A compressão do ar também pode ser analisada sob o ponto de vista do módulo de elasticidade volumétrica definido como a razão entre a variação de pressão e a variação relativa do volume do gás Materiais de trabalho com alto módulo de elasticidade apresentam menor compressibilidade enquanto substâncias gasosas como o ar atmosférico possuem baixos valores desse módulo tornando os altamente compressíveis Com base nos resultados podese concluir que o ar se comporta como um fluido compressível cuja elasticidade volumétrica possibilita o retorno parcial ao estado inicial após a remoção da força compressiva validando os princípios teóricos discutidos e evidenciando a aplicabilidade desses conceitos em fenômenos do cotidiano Referências Bibliográficas MOORE Thomas Física Uma Abordagem Estratégica Volume 2 2ª ed São Paulo Pearson 2009 ATIVIDADES PRÁTICAS 2 ELEVADOR HIDRÁULICO A prática experimental teve como objetivo analisar o funcionamento de um elevador hidráulico e compreender os fundamentos da transmissão de força através de fluidos incompressíveis O princípio físico que rege este tipo de sistema baseia se na Lei de Pascal segundo a qual uma variação de pressão aplicada a um fluido confinado se transmite integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes do recipiente Para a montagem do elevador hidráulico experimental utilizamos dois êmbolos cilíndricos de diferentes diâmetros interligados por um tubo preenchido com fluido hidráulico O fluido escolhido foi um óleo específico para sistemas hidráulicos devido à sua baixa compressibilidade e estabilidade térmica O experimento consistiu em pressionar o pistão menor para observar a amplificação da força transmitida ao pistão maior A primeira etapa do experimento consistiu na aplicação de uma força manual ao pistão menor onde observamos a resposta do pistão maior De acordo com a equação fundamental da hidrostática a pressão exercida sobre o pistão menor se transmitiu pelo fluido gerando uma força amplificada no pistão maior proporcional à razão entre as áreas dos êmbolos Assim mesmo com uma força reduzida aplicada no pistão de menor área conseguimos erguer a carga posicionada sobre o pistão maior A equação que explica o fenômeno é F2 A2 A1 F1 onde F1é a força aplicada no pistão menor A1e A2 são as áreas dos pistões e F2é a força resultante no pistão maior Durante a realização do experimento observamos que conforme esperado a força exercida no pistão menor foi amplificada permitindo que uma pequena força aplicada manualmente fosse suficiente para elevar a carga no pistão maior O sistema funcionou eficientemente e a força aplicada no pistão menor foi transferida integralmente ao fluido sendo multiplicada pelo fator correspondente à razão entre as áreas dos pistões Pequenos vazamentos no sistema hidráulico foram minimizados pela vedação adequada garantindo a precisão da experiência Uma das observações importantes foi o impacto da viscosidade do fluido hidráulico Quando utilizamos um fluido mais viscoso notamos uma leve resistência no deslocamento do pistão maior confirmando a importância da escolha adequada do fluido para garantir a eficiência do sistema Referências Bibliográficas FOX R W McDONALD A T PRITCHARD P J Introdução à Mecânica dos Fluídos 8ª ed McGraw Hill 2011 ATIVIDADES PRÁTICAS 3 CANHÃO PNEUMÁTICO A presente atividade prática nos permitiu compreender os princípios físicos envolvidos no funcionamento de um canhão pneumático vendo os conceitos de pressão do ar e força de propulsão No canhão pneumático ao liberar o ar comprimido a pressão potencial é convertida em energia cinética acelerando o projétil pelo cano Foram usados os seguintes materiais 1 tubo de PVC com aproximadamente 1m de comprimento e 5cm de diâmetro 1 tampa de PVC compatível com o tubo 1 válvula de câmara de ar 1 bomba de ar manual 1 folha de papel amassado 1 fita adesiva e 1 furadeira A montagem ocorreu da seguinte forma Pegamos a tampa e furamos para instalar a válvula de câmara de ar ela foi fixada de modo que a parte externa permitisse a conexão com a bomba de ar esta tampa foi posicionada em uma extremidade do tubo A tampa com a válvula foi firmemente encaixada assegurando uma vedação adequada para evitar vazamentos de ar Utilizamos fita adesiva para reforçar a vedação Na extremidade aberta do tubo posicionamos o projétil escolhido garantindo que ele se ajustasse bem ao diâmetro interno do tubo mas sem causar atrito excessivo Conectamos a bomba de ar à válvula instalada na tampa e bombeamos ar para dentro do tubo aumentando a pressão interna Monitoramos a resistência oferecida pela bomba para estimar a pressão acumulada Após atingir a pressão desejada liberamos o projétil da extremidade aberta do tubo A diferença de pressão entre o interior do tubo e o ambiente externo impulsionou o projétil para fora demonstrando o princípio de funcionamento do canhão pneumático O projétil foi lançado com considerável velocidade evidenciando a pressão acumulada dentro do tubo Observamos que a vedação adequada da tampa e a compatibilidade do projétil com o diâmetro do tubo foram um fator de ajuste pois teve que ser redimensionado algumas vezes Variando a quantidade de ar bombeado pudemos controlar a distância e a velocidade do projétil demonstrando a relação direta entre pressão interna e força de propulsão A prática proporcionou uma compreensão prática dos princípios físicos relacionados à pressão do ar e à propulsão de projéteis A construção e o teste do canhão pneumático demonstraram como a energia potencial armazenada na forma de ar comprimido pode ser convertida em energia cinética impulsionando um projétil Referências Bibliográficas LINSINGEN Irlan Von Fundamentos de sistemas hidráulicos 3 ed Florianópolis UFSC2008 ATIVIDADES PRÁTICAS 4 BEBEDOURO DE TORRICELLI A atual prática teve como objetivo analisar o funcionamento do bebedouro de Torricelli que se baseia no escoamento de fluidos sob a ação da gravidade Este experimento revela a aplicação da equação de Torricelli derivada da equação de Bernoulli para prever a velocidade de saída de um fluido em um reservatório O bebedouro de Torricelli é baseado na hidrodinâmica dos fluidos incompressíveis A equação de Bernoulli pode ser aplicada para calcular a velocidade do líquido ao sair de um orifício na parte inferior de um reservatório A expressão é dada por v onde v é a velocidade de saída do fluido g é a aceleração da gravidade e h é a altura da coluna de fluido acima do orifício A equação de Torricelli se assemelha à equação da queda livre dos corpos indicando que a velocidade do fluido ao sair do reservatório depende apenas da altura do fluido independentemente da sua densidade Os materiais utilizados foram 1 garrafa plástica transparente de 2 litros água para preenchimento do reservatório régua graduada para medir a coluna de líquido cronômetro para medir o tempo de escoamento furadeira para fazer o orifício de saída e um recipiente para coletar a água escoada A montagem foi realizada da seguinte forma Foi utilizada uma garrafa plástica transparente preenchida com água até uma determinada altura h previamente medida Um pequeno orifício foi feito na parte inferior da garrafa permitindo que a água escoasse livremente Utilizamos um cronômetro para medir o tempo necessário para escoar uma determinada quantidade de fluido e assim calcular a velocidade experimental do jato Foi realizada a comparação entre os valores teóricos obtidos pela equação de Torricelli e os valores experimentais Usando a equação de torricelli para obter a velocidade de saída encontramos uma altura de 02m de líquido no reservatório então v para a vazão utilizamos QÁrea x velocidade o diâmetro do orifício foi feito com 0005m então a área encontrada é de Aπ x Assim a vazão é Q19610 5 x19838810 3m 3 s Os resultados experimentais indicaram que a velocidade de saída da água estava próxima do valor teórico previsto pela equação de Torricelli com pequenas variações devidas a fatores como o atrito com as paredes do recipiente a resistência do ar ao jato de líquido as imperfeições na forma do orifício e as incertezas de medição A prática experimental permitiu compreender e validar a equação de Torricelli no escoamento de fluidos por ação da gravidade Os cálculos teóricos apresentaram valores coerentes com os dados experimentais demonstrando que a altura da coluna de fluido é determinante para a velocidade de saída O experimento reforçou conceitos fundamentais da hidrodinâmica a conservação de energia e a continuidade do fluxo Referências Bibliográficas FOX R W McDONALD A T PRITCHARD P J Introdução à Mecânica dos Fluídos 8ª ed McGraw Hill 2011 ATIVIDADES PRÁTICAS 5 DENSIDADE DOS FLUIDOS Esta prática nos ajuda a entender o conceito de densidade de fluidos e sua influência em fenômenos como empuxo e flutuação Utilizamos experimentos para determinar a densidade de líquidos e verificar a relação entre massa e volume de diferentes substâncias reforçando a importância desse parâmetro na mecânica dos fluidos A densidade ρ de um fluido é definida com a razão entre sua massa m e o volume v que ele ocupa ρm v A densidade dos fluidos influencia a força de empuxo descrita pelo princípio de Arquimedes que afirma que um corpo imerso em um fluido sofre uma força vertical para cima equivalente ao peso do fluido deslocado Fbρfluido gV deslocado onde Fb é a força de empuxo ρfluido é a densidade do fluido g é a aceleração da gravidade e V deslocado é o volume de fluido deslocado A equação da pressão hidrostática também está diretamente ligada à densidade PP0 ρ gh onde P é a pressão em uma profundidade h P0 é a pressão na superfície ρ é a densidade do fluido e g é a aceleração da gravidade Os seguintes materiais foram utilizados Béqueres de 100ml e 25o ml proveta graduada de 100ml balança digital de precisão água destilada óleo e solução salina objetos de diferentes materiais e um termômetro A montagem e execução ocorreu da seguinte forma Utilizamos uma balança de precisão para medir a massa de volumes conhecidos de água óleo e solução salina anotando os valores obtidos Aplicamos a fórmula ρm v para cada fluido testado Submergimos diferentes objetos nos fluidos para observar se afundavam ou flutuavam comparando a densidade dos objetos com a do fluido Medimos a temperatura da água antes e depois de aquecêla para verificar se houve variação na densidade Colocamos um objeto de densidade conhecida na água e medimos a força de empuxo verificando a validade do princípio de Arquimedes Para uma volume de 100ml apresentou uma massa de 100g aplicando ρ 01 110 41000kgm 3 Para um volume de óleo no béquer de 100 ml medimos uma massa de 85g aplicando ρ 0085 110 4850kgm 3 O óleo apresentou uma densidade menor que a da água confirmando que flutuaria sobre ela Um objeto com densidade de 1200kgm 3e volume de 50 cm³ foi imerso na água Aplicando a equação do empuxo Fb1000 x 981x 510 5049 N Os valores experimentais das densidades dos fluidos analisados estavam próximos dos valores tabelados na literatura confirmando a precisão dos métodos utilizados A observação da flutuação dos objetos comprovou a relação entre a densidade do corpo e do fluido validando o princípio de Arquimedes A densidade do óleo foi menor que a da água o que justifica a separação em camadas quando os dois líquidos são misturados Referências Bibliográficas FOX R W McDONALD A T PRITCHARD P J Introdução à Mecânica dos Fluídos 8ª ed McGraw Hill 2011 ATIVIDADES PRÁTICAS 6 FREIO HIDRÁULICO A atual prática tem como objetivo compreender o funcionamento de um freio hidráulico explorando os princípios da mecânica dos fluidos que permitem a transmissão e amplificação de forças através de um sistema hidráulico Para isso realizamos a montagem de um modelo simplificado de freio hidráulico e analisamos seu desempenho O freio hidráulico opera com base no Princípio de Pascal que afirma que uma variação de pressão aplicada a um fluido incompressível em um recipiente fechado é transmitida integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes do recipiente Matematicamente a pressão P é definida como a força F aplicada por unidade de área A P F A Em um sistema de freio hidráulico ao aplicar uma força no pedal do freio essa força é transmitida através do fluido hidráulico para os cilindros nas rodas resultando na aplicação das pastilhas ou sapatas de freio contra os discos ou tambores respectivamente Os seguintes materiais foram utilizados 2 seringas de capacidades diferentes 5ml e 20ml mangueira flexível compatível com as seringas suporte de fixação para as seringas água óleo hidráulico peso padrão para aplicação de força e a superfície plana de montagem Selecionamos duas seringas de diferentes capacidades uma de 5 mL pistão menor e outra de 20 mL pistão maior Conectamos as seringas utilizando uma mangueira flexível garantindo que o sistema estivesse completamente preenchido com o fluido escolhido água ou óleo hidráulico e sem a presença de bolhas de ar para assegurar a incompressibilidade do sistema As seringas foram fixadas em um suporte posicionandoas de maneira que os êmbolos pudessem se mover livremente sem interferências externas As seringas foram fixadas em um suporte posicionandoas de maneira que os êmbolos pudessem se mover livremente sem interferências externas Ao aplicar uma força no êmbolo da seringa menor uma pressão é gerada no fluido dentro do sistema De acordo com o Princípio de Pascal essa pressão é transmitida uniformemente através do fluido resultando em uma força no êmbolo da seringa maior A relação entre as forças e as áreas dos êmbolos é dada por F1 A1 F2 A2 onde F1 é a força aplicada no êmbolo menor A1é a área do êmbolo menor F2 é a força aplicada no êmbolo maior e A2é a área do êmbolo maior Como a área do êmbolo maior é superior à do êmbolo menor a força resultante F2 é proporcionalmente maior permitindo a amplificação da força aplicada inicialmente Durante o experimento observamos que a aplicação de uma força no êmbolo menor resultou em um movimento perceptível no êmbolo maior A amplificação da força foi evidente conforme previsto teoricamente No entanto notamos que a presença de pequenas bolhas de ar no sistema reduziu a eficiência da transmissão de força devido à compressibilidade do ar Após eliminar essas bolhas o sistema funcionou de maneira mais eficiente demonstrando a importância de manter o fluido hidráulico livre de ar para o correto funcionamento dos freios hidráulicos Referências Bibliográficas FOX R W McDONALD A T PRITCHARD P J Introdução à Mecânica dos Fluídos 8ª ed McGraw Hill 2011