Material de pressão de fluido
Em física, pressão é definida como força por unidade de área, onde a direção da força é perpendicular à área da superfície. Matematicamente, a pressão é expressa pela equação P = F/A, onde P = pressão, F = força e A = área da superfície. A unidade de força (F) é o Newton (N), e a unidade de área é o metro quadrado (m² ) . Como pressão é força por unidade de área, sua unidade é N/m² . Outro nome para N/m² é pascal (Pa). O pascal é usado como unidade de pressão em homenagem a Blaise Pascal.
Quando um fluido está em repouso, ele exerce uma força perpendicular a toda a superfície com a qual está em contato. Por exemplo, considere a água em um copo; cada porção de água exerce uma força perpendicular à parede do copo. Portanto, cada porção de água exerce uma força perpendicular a cada unidade de área do recipiente que ocupa. Esta é uma propriedade importante de um fluido estático, um fluido em repouso. Quando um fluido exerce uma força sobre uma superfície, e essa força não é perpendicular, a superfície exercerá uma força de reação, também não perpendicular. Isso fará com que o fluido flua. No entanto, na realidade, o fluido permanece em repouso. Portanto, em um fluido em repouso, a força é sempre perpendicular à superfície do recipiente que ocupa.
Outra propriedade importante de um fluido em repouso é que ele sempre exerce pressão em todas as direções. Para entender melhor isso, coloque um objeto flutuando em um recipiente com água. Se a água estiver completamente parada, o objeto permanecerá imóvel porque a pressão exercida em toda a sua superfície é igual. Se a pressão da água for desigual, haverá uma força resultante, que fará com que o objeto se mova.
Efeito da profundidade na pressão
Como a profundidade ou altura afeta a pressão de um fluido? A pressão da água do mar a uma profundidade de 10 metros é a mesma que a pressão da água do mar a uma profundidade de 100 metros? Considere a pressão da água em um recipiente, como mostrado na figura. A altura da coluna de líquido é h e sua área de seção transversal é A. Qual é a pressão da água no fundo do recipiente?
w = peso da água, h = altura da coluna de água em um recipiente cilíndrico, A = área da superfície e P é a pressão.
Em formação :
w = gravidade
ρ = densidade
m = massa
g = aceleração devido à gravidade
V = hA = volume da coluna de líquido (h = altura, A = área da superfície)
Se substituirmos esse valor na equação da pressão, obtemos:
p = ρ gh → Equação 1 (recipiente fechado)
p = pa + ρ gh → Equação 2 (recipiente aberto)
Em formação :
pa = Pressão atmosférica
ρgh = Pressão hidrostática
Na imagem acima, a pressão atmosférica não está representada, mas na realidade, se o recipiente contendo água estiver aberto, a pressão atmosférica também atuará sobre a superfície da água, sendo direcionada para baixo.
Com base na equação acima, parece que a pressão é diretamente proporcional à densidade e à profundidade do líquido (a aceleração da gravidade permanece constante). À medida que a profundidade do líquido aumenta, a pressão também aumenta. Os líquidos são praticamente incompressíveis devido ao peso do líquido acima deles, portanto a densidade do líquido permanece constante. Se a diferença de altura for muito grande (por exemplo, em águas marinhas muito profundas), a densidade varia ligeiramente. No entanto, se a diferença de altura não for muito grande, a densidade do líquido é essencialmente a mesma ou a diferença é tão pequena que pode ser ignorada.
Também podemos usar a equação acima para calcular a diferença de pressão em diferentes profundidades. A equação acima pode ser reescrita como:
Pressão atmosférica
Quando mergulhamos, todo o nosso corpo fica submerso. Quanto mais fundo mergulhamos, maior a pressão que sentimos. De fato, todos os dias também estamos envoltos pela atmosfera, que exerce pressão constante sobre todas as partes do nosso corpo, assim como quando estamos debaixo d'água. Assim como na água do mar, a superfície da Terra pode ser comparada ao "fundo do mar" da atmosfera. Se é verdade que a atmosfera também exerce pressão sobre todas as partes do nosso corpo o tempo todo, por que não a sentimos como se estivéssemos no fundo do mar? As células do nosso corpo mantêm uma pressão interna quase igual à pressão externa. É por isso que não sentimos os efeitos dessa diferença de pressão.
A pressão atmosférica da Terra também varia com a altitude. No entanto, a pressão atmosférica varia ligeiramente em comparação com a dos líquidos. A variação na densidade dos líquidos é muito pequena para pequenas diferenças de profundidade, portanto, assume-se que a densidade dos líquidos seja a mesma. Isso difere da densidade da atmosfera terrestre. A densidade da atmosfera terrestre varia significativamente com a altitude. A densidade do ar em diferentes altitudes é diferente, portanto, não podemos calcular a pressão atmosférica usando a equação derivada anteriormente. Além disso, não existe um limite atmosférico claro a partir do qual a altitude possa ser medida. A pressão atmosférica também varia com as condições meteorológicas. Para determinar a pressão atmosférica, realizamos medições.
Medição de pressão
Evangelista Torricelli (1608–1647), aluno de Galileu, desenvolveu um método para medir a pressão atmosférica em 1643 usando seu barômetro de mercúrio. O barômetro consistia em um longo tubo de vidro preenchido com mercúrio. O tubo de vidro com mercúrio era invertido em um recipiente também cheio de mercúrio.
Quando um tubo de vidro contendo mercúrio é virado de cabeça para baixo, a extremidade do tubo não fica preenchida com mercúrio, contendo apenas vapor de mercúrio cuja pressão é tão pequena que é desprezível (p2 = 0). Na superfície do mercúrio na placa, existe pressão atmosférica direcionada para baixo (a atmosfera pressiona o mercúrio na placa). Essa pressão atmosférica sustenta a coluna de mercúrio no tubo de vidro. Na figura, a pressão atmosférica é simbolizada por p.o A magnitude da pressão atmosférica pode ser calculada usando a equação:
p o = ρ gh
Com base nos resultados das medições, a pressão atmosférica média ao nível do mar é de 1,013 x 10⁵ N /m² . A magnitude da pressão atmosférica ao nível do mar é usada para definir outra unidade de pressão, a saber, atm (atmosfera). Assim, 1 atm = 1,013 x 10⁵ N /m² = 101,3 kPa (kPa = quilopascal). Outra unidade de pressão é o bar (frequentemente usado em meteorologia). 1 bar = 1,00 x 10⁵ N /m² = 100 kPa.
Como se obtém o valor da pressão atmosférica acima?
A medição utiliza o princípio demonstrado por Torricelli acima. A altura da coluna de mercúrio utilizada é de 76 cm (a pressão atmosférica só suporta uma coluna de mercúrio com 76,0 cm de altura), e a temperatura do mercúrio utilizado é exatamente 0. oC e a magnitude da aceleração gravitacional é 9,8 m/s².2A densidade do mercúrio nessas condições é 13,6 x 10⁻³.3 kg / m3Pressão atmosférica:
Manômetro
Existem muitas ferramentas utilizadas para medir a pressão, incluindo o manômetro de tubo aberto.
Em um manômetro de tubo aberto, onde o tubo tem formato de U, ele é parcialmente preenchido com um líquido (mercúrio ou água). A pressão medida está relacionada à diferença entre as duas alturas dos líquidos inseridos no tubo. A pressão é calculada pela equação:
Em geral, não é o produto de ρ gh que é calculado, mas sim a altura do líquido (h), pois a pressão às vezes é expressa em milímetros de mercúrio (mm Hg) ou milímetros de água (mm H 2 O). Outro nome para mm Hg é torr (em memória de Evangelista Torricelli).
Além dos manômetros, existem também outros instrumentos de medição, como os barômetros aneroides, tanto mecânicos quanto elétricos, incluindo medidores de pressão de pneus, etc. O instrumento usado por Torricelli para medir a pressão atmosférica também é chamado de barômetro de mercúrio, no qual um tubo de vidro é preenchido com mercúrio e então invertido em uma placa que também contém mercúrio.
Pressão nominal, pressão manométrica e pressão absoluta.
Ao encher os pneus de um veículo, geralmente utiliza-se um medidor de pressão de ar. Isso garante que a pressão dos pneus não esteja nem muito baixa nem muito alta. Ao encher os pneus, mede-se apenas a pressão do ar dentro do pneu. A pressão atmosférica não é levada em consideração. Não apenas na medição da pressão dos pneus, mas também na maioria das outras medições de pressão, a pressão atmosférica não é considerada. Essa pressão medida é chamada de pressão medida. Então, qual é a diferença entre isso e a pressão absoluta?
Pressão absoluta = pressão atmosférica + pressão medida. Portanto, para obter a pressão absoluta, somamos a pressão medida à pressão atmosférica. Em outras palavras, pressão absoluta = pressão total. Matematicamente, isso pode ser escrito como:
p = pa + p medida
Por exemplo, se a pressão do pneu que medirmos for igual a 100 kPa, então a pressão absoluta será:
p = pa + p medida
p = 101 kPa + 100 kPa
p = 201 kPa
A pressão absoluta é de 201 kPa.
Existe outro termo: pressão manométrica, também conhecida como pressão de medição. A pressão manométrica é a pressão que excede a pressão atmosférica. Por exemplo, considere a pressão de um pneu de motocicleta. Quando um pneu de motocicleta está vazio, a pressão dentro do pneu é igual à pressão atmosférica (Pressão atmosférica = 1,01 x 105⁵ Pa = 101 kPa). Quando o pneu é enchido com ar, a pressão do pneu aumenta naturalmente. Quando a pressão do pneu excede 101 kPa, o excesso de pressão também é chamado de pressão manométrica.
Exemplos de perguntas sobre pressão de fluidos
Exemplo de pergunta 1:
Um submarino mergulha a uma profundidade de 200 metros. Qual é a pressão experimentada pelo submarino?
o mergulho? g = 10 m/s2
Discussão
Sabe-se que:
Profundidade (h) = 200 m
Densidade da água do mar (ρ) = 1,03 x 103 kg / m3 = 1030 kg / m3 (ver tabela de densidade)
Pressão atmosférica (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1 x 105 (Kg m/s2)/m2 = 1 x 105 Kg/ms2
A aceleração da gravidade (g) = 10 m/s2
Pergunta: Pressão
Resposta:
O recipiente está aberto, portanto a pressão atmosférica não está incluída nos cálculos.
Exemplo de pergunta 2:
Um reservatório de água com 10 metros de altura está cheio de água. Se a superfície do reservatório de água for
Com o recipiente fechado, qual é a pressão da água no fundo? g = 10 m/s²2
Discussão
Sabe-se que:
Altura (h) = 10 m
Densidade da água (ρ) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 kg / m3
Pressão atmosférica (pa) = 1 atm = 1 x 105 N / m2 = 1 x 105 (kg m/s2) /m2 = 1 x 105 Kg/ms2
A aceleração da gravidade (g) = 10 m/s2
Pergunta: Pressão
Resposta:
O recipiente está fechado, portanto a pressão atmosférica não está incluída nos cálculos.
Exemplo de pergunta 3:
A altura da coluna de água (à direita) é de 50 cm, enquanto a altura da outra coluna de líquido (à esquerda) é de 30 cm. Qual é a densidade do outro líquido?
Discussão
Sabe-se que:
A aceleração da gravidade (g) = 10 m/s2
Nível da água (h)1) = 50 cm
Densidade da água (ρ1) = 1,00 x 103 kg / m3 = 1000 kg / m3
Outra altura de fluido (h)2) = 30 cm
Densidade de outros líquidos (ρ2) = ?
pa + ρ 1 gh 1 = pa + ρ 2 gh 2
A pressão atmosférica (Pa) e a aceleração gravitacional (g) são iguais, portanto se cancelam.
Exemplo de pergunta 4:
Dentro de um tubo de vidro há um líquido com 10 cm de altura. A pressão da água no fundo do tubo é de 1200 N/m².2Se g = 10 m/s2Desconsiderando a pressão atmosférica, qual é a densidade do líquido?
A. 800 kg/m3
B. 900 kg/m3
C. 1000 kg/m3
D. 1200 kg/m3
E. 1300 kg/m3
Discussão:
Conhecido :
Ketinggiano líquido (h) = 10 cm = 0,1 metros
Pressão da água (P) na base do tubo = 1200 N/m2
Aceleração da gravidade (g) = 10 m/s2
Perguntado :
Densidade líquido?
Jawab :
Densidade o líquido tem densidade de 1200 kg/m³.3.
A resposta correta é D.
Exemplo de pergunta 5:
O mercúrio em recipientes conectados apresenta uma diferença de superfície de 3 cm. A densidade do mercúrio é de 13,6 g/cm³.3A altura do líquido no tubo à esquerda é de 10 cm. Qual é a densidade do líquido?
A. 800 kg/m3
B. 1030 kg/m3
C. 1080 kg/m3
D. 1300 kg/m3
E. 1360 kg/m3
Discussão:
Conhecido :
Altura (h) de Mercúrio = 3 cm = 0,03 m
Densidade do mercúrio = 13,6 g/cm³3 = 13600 kg / m3
Altura (h) do líquido = 10 cm = 0,1 m
Perguntado :
Densidade líquido?
Resposta:
O sistema está em estado de equilíbrio estático, portanto a pressão do líquido (tubo da esquerda) é igual à pressão do mercúrio (tubo da direita).
Par + Plíquido = Par + Pmercúrio
A pressão do ar é a mesma, portanto é eliminada da equação.
P líquido = P ar
A resposta correta é C.
