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Estática dos Fluidos Apresentação A Estática dos Fluidos estuda o comportamento de um fluido em repouso ou em equilíbrio estático hidrostática Esse estudo se aplica a projetos de barragens sistemas hidráulicos e pneumáticos manometria dentre outros e está fundamentado nas Leis de Pascal e Stevin O equilíbrio estático ocorre quando após a aplicação das forças atuantes sobre o fluido em repouso o módulo tem resultado igual a zero ou seja um fluido estará parado sem movimento com ou sem aceleração com base em um ponto referencial se as resultantes das forças aplicadas sobre ele forem nulas Nesta Unidade de Aprendizagem você vai estudar o efeito da pressão no interior de um fluido analisando as forças de pressão em superfícies finitas e identificando a estática dos fluidos Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Reconhecer o efeito da pressão no interior de um fluido Analisar as forças de pressão em superfícies finitas Demonstrar a estática dos fluidos Desafio Os tipos de pressão sobre os fluidos podem ocorrer em canais abertos e fechados em canal aberto são hidrostáticos e consideram a pressão hidrostática em atmosfera em mar em rio e em fluidos que não estejam em movimento ou seja que estejam em repouso em locais fechados são hidrodinâmicos e consideram a pressão de fluidos estáticos e dinâmicos sendo utilizados em freios de automóveis e sistemas de direção Assim quando a bomba de direção hidráulica ou o freio operam acontece a dinâmica dos fluidos Com base no contexto apresentado para este Desafio considere que você trabalha em uma fábrica de veículos que utiliza sistemas hidráulicos e sistemas de freios e responda às seguintes questões a Há pressão no fluido utilizado em veículos com sistemas hidráulicos b E em veículos com sistemas de freios Justifique Padrão de resposta esperado a Os sistemas hidráulicos utilizam fluido pressurizado em sistema normal facilitando a movimentação do veículo Esse sistema é constituído por bomba que é conduzida pelo motor através de polia de manivela Além disso o sistema possui caixa de direção de cremalheira pinhão engrenagens e linhas Também existem veículos que podem utilizar bombas na condução Após passar pela bomba o fluido é enviado por uma linha de pressão para a engrenagem de direção As válvulas da engrenagem dirigem o fluxo pressurizado no interior da unidade dando leveza ao movimento do volante O fluido volta para a bomba por uma linha com baixa pressão e é recirculado b Os sistemas de freios utilizam a pressão do fluido e dependem de linhas de cilindros selados a partir do ambiente externo Ao ser comprimido o pedal do freio é criada uma pressão dentro das linhas pelo cilindro principal Essa pressão ativa os cilindros localizados nas rodas Exercícios 1 Os fluidos sofrem pressões sobre a sua superfície podendo ser no interior ou em suas extremidades Essa pressão pode ser calculada obtendose algumas variáveis como profundidade e aceleração gravitacional A pressão também pode ser medida com a utilização de alguns instrumentos Nesse contexto está correto afirmar que A os pluviômetros servem para medir pressão B alguns instrumentos para medição de pressão são barômetros manômetros e barógrafos C podem ser utilizados barômetros e termômetros para medir pressão D são utilizados termômetros para medir pressão E são utilizados escalímetros e manômetros para medir pressão 2 A estática dos fluidos líquidos e gasosos é uma parte da mecânica dos fluidos que estuda fluidos com aceleração igual a zero independente da sua viscosidade ainda investiga as forças que agem sobre corpos flutuantes e submersos nesses fluidos Nesse sentido qual é a nomenclatura utilizada para a estática dos fluidos em gases e para a estática dos fluidos em líquidos respectivamente A Aerostática e hidrostática B Aeroespacial e hidrostática C Aerodinâmica e hidrodinâmica D Hidrostática para ambos E Aerostática para ambos 3 As forças resultantes da ação do fluido distribuídas em uma superfície da área finita podem ser substituídas por uma força resultante conveniente considerando as reações externas Sobre os tipos de superfícies planas finitas é possível afirmar que A as superfícies planas finitas são inferiores e superiores B as superfícies planas finitas são recipientes abertos C as superfícies planas finitas são recipientes fechados D as superfícies planas finitas podem ser inclinadas e horizontais E as superfícies planas finitas podem ser tubulares 4 A mecânica dos fluidos estuda os fluidos quando em movimento dinâmica dos fluidos e em repouso estática dos fluidos Os fluidos em movimento possuem características diferenciadas dos fluidos em repouso Em relação às características dos fluidos estáticos assinale a alternativa correta A Os fluidos estáticos são fluidos em movimento porém com maior liquidez que anteriormente B Os fluidos estáticos são fluidos que não obedecem à Lei de Steven C Os fluidos estáticos são fluidos parados e quando em movimento comportamse com rigidez D Os fluidos estáticos são fluidos parados somente quando estão em estado sólido E Os fluidos estáticos são fluidos parados que nunca se movimentarão 5 Existem diversas leis que regem a mecânica dos fluidos e uma delas é a Lei de Pascal Com base no efeito da pressão no interior de um fluido conforme a figura assinale a alternativa correta A A pressão em A2 é maior que a pressão em A1 considerando um fluido estático B A pressão em A2 é menor que a pressão em A1 considerando um fluido estático C A pressão em A1 é a metade que a pressão em A2 considerando um fluido estático D A pressão em A1 é proporcionalmente maior que a pressão em A2 considerando um fluido estático E A pressão em A1 é igual à pressão em A2 considerando um fluido estático Estática dos fluidos II Apresentação A mecânica dos fluidos estuda o fluido em movimento dinâmica dos fluidos ou em repouso estática dos fluidos e seus fundamentos servem de base para diversas outras áreas do conhecimento como a pneumática a hidráulica a termodinâmica entre outras Portanto a quantidade e a variação da aplicação do estudo dos fluidos são enormes como por exemplo na respiração e na circulação sanguínea na natação no desenvolvimento de bombas e ventiladores etc Do mesmo modo o estudo dos fluidos também está diretamente relacionado às turbinas e à decolagem e à aterrisagem de aviões e jatos além de também estar presente em motores e até mesmo em moinhos entre diversas outras aplicações Como o escoamento do fluido é um ramo da mecânica seu entendimento é obtido por meio de um conjunto de leis fundamentais e bem definidas as quais levam em consideração parâmetros como os campos gravitacionais as densidades dos fluidos pressão atmosférica profundidade e altura do corpo a ser analisado entre uma série de parâmetros que variam de acordo com a situação a ser analisada e posteriormente desenvolvida Nesta Unidade de Aprendizagem você reconhecerá os princípios da força hidrostática resultantes sobre uma superfície submersa bem como estudará questões relacionadas às forças de empuxo e à estabilidade de corpos rígidos Por fim estudará também a movimentação do fluido como se ele fosse um corpo rígido Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Reconhecer os princípios da descrição completa da força hidrostática resultante sobre uma superfície submersa Identificar as forças de empuxo e a estabilidade de corpos rígidos Descrever os fluidos em movimento de corpos rígidos Desafio Seu amigo insiste que é possível que um homem abra a porta a 8 metros de profundidade levando em consideração que o interior do carro tem ótima vedação impedindo a entrada de água mantendo a pressão atmosférica no interior do veículo Você como engenheiro analisa a situação desenvolve os cálculos e chega a qual conclusão Determine a força hidrostática sobre a porta e informe se o motorista conseguiria abrila Padrão de resposta esperado A pressão no interior do carro permanece igual à pressão atmosférica pois não há vazamentos Dessa forma a pressão atmosférica se cancela nos cálculos Desenvolvimento do cálculo p 1000kgm3 g 981ms2 s 8m b 1m a 12m Conclusão A força resultante sobre a porta é de 10124kN Considerando que uma pessoa forte consegue levantar aproximadamente 100kg seu peso será de 981N quase 1kN Assim evidenciase que é impossível abrir a porta do carro nessas condições A única e melhor opção do motorista é deixar entrar certa quantidade de água dentro do carro equilibrando as pressões internas e externas do automóvel permitindo que ele consiga abrir a porta após o carro se encher de água Exercícios 1 A estática dos fluidos mantém seu foco de estudo nos fluidos em repouso ou seja nos fluidos em que as partículas não se movem umas em relação às outras Relacionado a esse assunto é correto afirmar A O estudo da estática dos fluidos se baseia apenas nas tensões de cisalhamento B O fluido e o recipiente se caracterizam por permanecerem estáticos com velocidade e aceleração iguais a zero C O estudo das forças hidrostáticas aborda questões relacionadas aos fluidos gasosos ou líquidos os quais têm relação direta com os campos gravitacionais D Ao analisarmos determinado ponto imóvel em um fluido em repouso é possível afirmar que a pressão no ponto varia de acordo com a direção de sua aplicação E A pressão será sempre igual ao longo da direção vertical 2 O empuxo é definido como uma força vertical que age sobre um corpo o qual pode estar submerso ou parcialmente imerso Para que seja possível determinar a força de empuxo é preciso levar em consideração a densidade do fluido a gravidade e A a forma do recipiente B a profundidade do corpo C a pressão atmosférica D as dimensões do corpo E o volume de fluido deslocado 3 Um corpo flutuante pode ser definido como um corpo que permanece em equilíbrio quando ele estiver parcial ou totalmente imerso em um líquido As forças atuantes nesse corpo são a força peso e a força de empuxo que se caracterizam por A apresentar intensidades diferentes e sentidos opostos B apresentar intensidades iguais direção e sentido opostos C apresentar a mesma direção e intensidade mas sentidos opostos D apresentar intensidades iguais e sentidos iguais E apresentar intensidades diferentes com direção e sentidos iguais 4 Uma piscina tem um desnível entre a parte mais rasa e a parte mais funda com inclinação de q30em relação a horizontal com um comprimento b de 3 metros e s de 1 metro A distância entre a superfície do fluido e a aplicação da força resultante YP é de 3 metros A largura a da superfície inclinada é de 3 metros Determine a força resultante considerando a aceleração da gravidade g de 981ms2 a densidade da água r de 1000 kgm3e a pressão atmosférica de 1013 kPa Assinale a alternativa correta em relação à força resultante da situação abordada A 10221kPa B 1221kPa C 10221Pa D 10221MPa E 10221GPa 5 Com o aumento na quantidade das chuvas o nível de um rio sobe consideravelmente mantendo uma área de lazer a 6 metros de profundidade h Essa área de lazer é feita de concreto armado e tem 5 metros de largura a por 5 metros de comprimento b Determine a força resultante aplicada pela água na superfície da área de lazer considerando a aceleração da gravidade g de 981ms2 e a densidade da água r de 1000kgm3 Depois assinale a alternativa correta em relação à força resultante da situação abordada A 4004N B 4004kN C 4004kN D 4004MPa E 4004GPa
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Estática dos Fluidos Apresentação A Estática dos Fluidos estuda o comportamento de um fluido em repouso ou em equilíbrio estático hidrostática Esse estudo se aplica a projetos de barragens sistemas hidráulicos e pneumáticos manometria dentre outros e está fundamentado nas Leis de Pascal e Stevin O equilíbrio estático ocorre quando após a aplicação das forças atuantes sobre o fluido em repouso o módulo tem resultado igual a zero ou seja um fluido estará parado sem movimento com ou sem aceleração com base em um ponto referencial se as resultantes das forças aplicadas sobre ele forem nulas Nesta Unidade de Aprendizagem você vai estudar o efeito da pressão no interior de um fluido analisando as forças de pressão em superfícies finitas e identificando a estática dos fluidos Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Reconhecer o efeito da pressão no interior de um fluido Analisar as forças de pressão em superfícies finitas Demonstrar a estática dos fluidos Desafio Os tipos de pressão sobre os fluidos podem ocorrer em canais abertos e fechados em canal aberto são hidrostáticos e consideram a pressão hidrostática em atmosfera em mar em rio e em fluidos que não estejam em movimento ou seja que estejam em repouso em locais fechados são hidrodinâmicos e consideram a pressão de fluidos estáticos e dinâmicos sendo utilizados em freios de automóveis e sistemas de direção Assim quando a bomba de direção hidráulica ou o freio operam acontece a dinâmica dos fluidos Com base no contexto apresentado para este Desafio considere que você trabalha em uma fábrica de veículos que utiliza sistemas hidráulicos e sistemas de freios e responda às seguintes questões a Há pressão no fluido utilizado em veículos com sistemas hidráulicos b E em veículos com sistemas de freios Justifique Padrão de resposta esperado a Os sistemas hidráulicos utilizam fluido pressurizado em sistema normal facilitando a movimentação do veículo Esse sistema é constituído por bomba que é conduzida pelo motor através de polia de manivela Além disso o sistema possui caixa de direção de cremalheira pinhão engrenagens e linhas Também existem veículos que podem utilizar bombas na condução Após passar pela bomba o fluido é enviado por uma linha de pressão para a engrenagem de direção As válvulas da engrenagem dirigem o fluxo pressurizado no interior da unidade dando leveza ao movimento do volante O fluido volta para a bomba por uma linha com baixa pressão e é recirculado b Os sistemas de freios utilizam a pressão do fluido e dependem de linhas de cilindros selados a partir do ambiente externo Ao ser comprimido o pedal do freio é criada uma pressão dentro das linhas pelo cilindro principal Essa pressão ativa os cilindros localizados nas rodas Exercícios 1 Os fluidos sofrem pressões sobre a sua superfície podendo ser no interior ou em suas extremidades Essa pressão pode ser calculada obtendose algumas variáveis como profundidade e aceleração gravitacional A pressão também pode ser medida com a utilização de alguns instrumentos Nesse contexto está correto afirmar que A os pluviômetros servem para medir pressão B alguns instrumentos para medição de pressão são barômetros manômetros e barógrafos C podem ser utilizados barômetros e termômetros para medir pressão D são utilizados termômetros para medir pressão E são utilizados escalímetros e manômetros para medir pressão 2 A estática dos fluidos líquidos e gasosos é uma parte da mecânica dos fluidos que estuda fluidos com aceleração igual a zero independente da sua viscosidade ainda investiga as forças que agem sobre corpos flutuantes e submersos nesses fluidos Nesse sentido qual é a nomenclatura utilizada para a estática dos fluidos em gases e para a estática dos fluidos em líquidos respectivamente A Aerostática e hidrostática B Aeroespacial e hidrostática C Aerodinâmica e hidrodinâmica D Hidrostática para ambos E Aerostática para ambos 3 As forças resultantes da ação do fluido distribuídas em uma superfície da área finita podem ser substituídas por uma força resultante conveniente considerando as reações externas Sobre os tipos de superfícies planas finitas é possível afirmar que A as superfícies planas finitas são inferiores e superiores B as superfícies planas finitas são recipientes abertos C as superfícies planas finitas são recipientes fechados D as superfícies planas finitas podem ser inclinadas e horizontais E as superfícies planas finitas podem ser tubulares 4 A mecânica dos fluidos estuda os fluidos quando em movimento dinâmica dos fluidos e em repouso estática dos fluidos Os fluidos em movimento possuem características diferenciadas dos fluidos em repouso Em relação às características dos fluidos estáticos assinale a alternativa correta A Os fluidos estáticos são fluidos em movimento porém com maior liquidez que anteriormente B Os fluidos estáticos são fluidos que não obedecem à Lei de Steven C Os fluidos estáticos são fluidos parados e quando em movimento comportamse com rigidez D Os fluidos estáticos são fluidos parados somente quando estão em estado sólido E Os fluidos estáticos são fluidos parados que nunca se movimentarão 5 Existem diversas leis que regem a mecânica dos fluidos e uma delas é a Lei de Pascal Com base no efeito da pressão no interior de um fluido conforme a figura assinale a alternativa correta A A pressão em A2 é maior que a pressão em A1 considerando um fluido estático B A pressão em A2 é menor que a pressão em A1 considerando um fluido estático C A pressão em A1 é a metade que a pressão em A2 considerando um fluido estático D A pressão em A1 é proporcionalmente maior que a pressão em A2 considerando um fluido estático E A pressão em A1 é igual à pressão em A2 considerando um fluido estático Estática dos fluidos II Apresentação A mecânica dos fluidos estuda o fluido em movimento dinâmica dos fluidos ou em repouso estática dos fluidos e seus fundamentos servem de base para diversas outras áreas do conhecimento como a pneumática a hidráulica a termodinâmica entre outras Portanto a quantidade e a variação da aplicação do estudo dos fluidos são enormes como por exemplo na respiração e na circulação sanguínea na natação no desenvolvimento de bombas e ventiladores etc Do mesmo modo o estudo dos fluidos também está diretamente relacionado às turbinas e à decolagem e à aterrisagem de aviões e jatos além de também estar presente em motores e até mesmo em moinhos entre diversas outras aplicações Como o escoamento do fluido é um ramo da mecânica seu entendimento é obtido por meio de um conjunto de leis fundamentais e bem definidas as quais levam em consideração parâmetros como os campos gravitacionais as densidades dos fluidos pressão atmosférica profundidade e altura do corpo a ser analisado entre uma série de parâmetros que variam de acordo com a situação a ser analisada e posteriormente desenvolvida Nesta Unidade de Aprendizagem você reconhecerá os princípios da força hidrostática resultantes sobre uma superfície submersa bem como estudará questões relacionadas às forças de empuxo e à estabilidade de corpos rígidos Por fim estudará também a movimentação do fluido como se ele fosse um corpo rígido Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Reconhecer os princípios da descrição completa da força hidrostática resultante sobre uma superfície submersa Identificar as forças de empuxo e a estabilidade de corpos rígidos Descrever os fluidos em movimento de corpos rígidos Desafio Seu amigo insiste que é possível que um homem abra a porta a 8 metros de profundidade levando em consideração que o interior do carro tem ótima vedação impedindo a entrada de água mantendo a pressão atmosférica no interior do veículo Você como engenheiro analisa a situação desenvolve os cálculos e chega a qual conclusão Determine a força hidrostática sobre a porta e informe se o motorista conseguiria abrila Padrão de resposta esperado A pressão no interior do carro permanece igual à pressão atmosférica pois não há vazamentos Dessa forma a pressão atmosférica se cancela nos cálculos Desenvolvimento do cálculo p 1000kgm3 g 981ms2 s 8m b 1m a 12m Conclusão A força resultante sobre a porta é de 10124kN Considerando que uma pessoa forte consegue levantar aproximadamente 100kg seu peso será de 981N quase 1kN Assim evidenciase que é impossível abrir a porta do carro nessas condições A única e melhor opção do motorista é deixar entrar certa quantidade de água dentro do carro equilibrando as pressões internas e externas do automóvel permitindo que ele consiga abrir a porta após o carro se encher de água Exercícios 1 A estática dos fluidos mantém seu foco de estudo nos fluidos em repouso ou seja nos fluidos em que as partículas não se movem umas em relação às outras Relacionado a esse assunto é correto afirmar A O estudo da estática dos fluidos se baseia apenas nas tensões de cisalhamento B O fluido e o recipiente se caracterizam por permanecerem estáticos com velocidade e aceleração iguais a zero C O estudo das forças hidrostáticas aborda questões relacionadas aos fluidos gasosos ou líquidos os quais têm relação direta com os campos gravitacionais D Ao analisarmos determinado ponto imóvel em um fluido em repouso é possível afirmar que a pressão no ponto varia de acordo com a direção de sua aplicação E A pressão será sempre igual ao longo da direção vertical 2 O empuxo é definido como uma força vertical que age sobre um corpo o qual pode estar submerso ou parcialmente imerso Para que seja possível determinar a força de empuxo é preciso levar em consideração a densidade do fluido a gravidade e A a forma do recipiente B a profundidade do corpo C a pressão atmosférica D as dimensões do corpo E o volume de fluido deslocado 3 Um corpo flutuante pode ser definido como um corpo que permanece em equilíbrio quando ele estiver parcial ou totalmente imerso em um líquido As forças atuantes nesse corpo são a força peso e a força de empuxo que se caracterizam por A apresentar intensidades diferentes e sentidos opostos B apresentar intensidades iguais direção e sentido opostos C apresentar a mesma direção e intensidade mas sentidos opostos D apresentar intensidades iguais e sentidos iguais E apresentar intensidades diferentes com direção e sentidos iguais 4 Uma piscina tem um desnível entre a parte mais rasa e a parte mais funda com inclinação de q30em relação a horizontal com um comprimento b de 3 metros e s de 1 metro A distância entre a superfície do fluido e a aplicação da força resultante YP é de 3 metros A largura a da superfície inclinada é de 3 metros Determine a força resultante considerando a aceleração da gravidade g de 981ms2 a densidade da água r de 1000 kgm3e a pressão atmosférica de 1013 kPa Assinale a alternativa correta em relação à força resultante da situação abordada A 10221kPa B 1221kPa C 10221Pa D 10221MPa E 10221GPa 5 Com o aumento na quantidade das chuvas o nível de um rio sobe consideravelmente mantendo uma área de lazer a 6 metros de profundidade h Essa área de lazer é feita de concreto armado e tem 5 metros de largura a por 5 metros de comprimento b Determine a força resultante aplicada pela água na superfície da área de lazer considerando a aceleração da gravidade g de 981ms2 e a densidade da água r de 1000kgm3 Depois assinale a alternativa correta em relação à força resultante da situação abordada A 4004N B 4004kN C 4004kN D 4004MPa E 4004GPa