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07/09/2018

Física 2: Mecânica de Fluidos (Módulo 3)

Esse módulo é referente ao conteúdo do Capítulo 14 do livro Young and Freeman Volume 2: Mecânica de Fluidos.

A teoria a seguir é um resumo da videoaula do professor Walter Lewin, docente no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT):
Lec 28: Hydrostatics, Archimedes' Principle, Fluid Dynamics | 8.01 Classical Mechanics (Lewin)
https://www.youtube.com/watch?v=Hlmpoo32QPE

Qual é a relação entre empuxo e centro de massa?


Energia mecânica em Fluídos e Princípio de Pascal!


1. Um bloco sólido de densidade ρb suspenso por um barbante é completamente imerso em água de densidade ρem um local onde a aceleração da gravidade vale g. Sabendo que o bloco tem massa m, identifique a opção que melhor representa a força de tração sobre o barbante, admitindo que o bloco
permaneça em repouso e não toque o recipiente que contém a água.
Escolha uma:





2. No manômetro de reservatório, calcule a diferença p1−p2 entre os dois lados em função da densidade ρ do fluido, dos diâmetros d e D, e da altura h de elevação do fluido no tubo em relação ao nível de equilíbrio N0 que o fluido ocupa quando p1=p2. Considere o fluido incompressível.
















3. A figura a seguir mostra um medidor de Venturi, usado para medir a velocidade de escoamento em um tubo. A parte estreita denomina-se garganta. DEDUZA e assinale a ÚNICA opção que corresponde a uma expressão para a velocidade de escoamento V1 em termos das áreas das seções retas A1 e A2 e da diferença de altura h entre os níveis dos líquidos nos dois tubos verticais.

4. Julgue os itens a seguir:

De acordo com o princı́pio de Arquimedes, qualquer alteração de pressão produzida em um fluido em equilı́brio transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes do seu recipiente.
A resposta correta é 'Falso'.

5. Julgue os itens a seguir:
De acordo com o princípio de Pascal, qualquer alteração de pressão produzida em um fluido em equilı́brio transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido e às paredes do seu recipiente.
A resposta correta é 'Verdadeiro'.


6. Julgue os itens a seguir:
Duas esferas de volumes idênticos e densidades diferentes flutuam sobre a água. Neste caso, a força de empuxo será maior na esfera de menor densidade.

A resposta correta é 'Falso'.

7. DETERMINE a massa do ar, em kg, no interior de uma sala de estar com uma altura de 3,2 m e um piso com uma área de 38,6 m2. Considere a densidade do ar a 1 atm e 20° C sendo 1,20 kg/m3.
A resposta correta é: 148,22.

8. Uma estátua de ouro de 20,8 kg está sendo içada de um navio submerso (Figura a). DETERMINE a tensão no cabo de sustentação, em N, quando a estátua está em repouso na água. Considere ρ ouro = 19,3 x 103 kg/m3, ρ água do mar = 1,03 x 103 kg/m3 e g = 9,8 m/s2.
A resposta correta é: 192,96.
9. Um tanque de grandes dimensões contém água até a altura de 3,1 m e tem em sua base um orifício circular de 4,9 cm de diâmetro. Considere g=9,8 m/s2. Deseja-se alimentar o tanque despejando água continuamente na sua parte superior, de forma a manter constante o nível da água no tanque. Determine em L/s, a vazão de água necessária para esse fim. Multiplique o resultado por 100.
A resposta correta é: 1469,91.

10. Um tanque de grandes dimensões contém água até a altura de 2,8 m e tem em sua base um orifício circular de 1 cm de diâmetro. Considere g=9,8 m/s2. Determine em m/s a velocidade com que a água sai do tanque. Multiplique o resultado por 10.
A resposta correta é: 74,08.

11. Um tanque de armazenamento de 16,4 m de profundidade está cheio de água (ρ = 1000 kg/m3). O topo do tanque é aberto ao ar. Sabendo que a pressão atmosférica é de 1,01 x 105 Pa e a aceleração da gravidade é 9,8 m/s2, DETERMINE a pressão manométrica em MPa.
A resposta correta é: 0,16.
  
12. Um tanque de armazenamento de 15,0 m de profundidade está cheio de água (ρ = 1000 kg/m3). O topo do tanque é aberto ao ar. Sabendo que a pressão atmosférica é de 1,01 x 105 Pa e a aceleração da gravidade é 9,8 m/s2, DETERMINE a pressão absoluta em MPa.

A resposta correta é: 0,25.

13. Um tanque de armazenagem com formato cúbico de 6,9 m de aresta, cujo topo está aberto para a atmosfera, está completamente cheio de água com densidade ρ = 1000kg/m3. Na base de uma das faces laterais, rente ao piso, há uma válvula fechada com formato circular de diâmetro muito pequeno. Assumindo a pressão atmosférica local igual a 1.01 x 105 Pa e que a aceleração da gravidade igual a 9.8m/s2. DETERMINE em m/s, a velocidade da água que sai do tanque, caso a válvula seja aberta.
A resposta correta é: 11,63.


14. Um tanque de armazenagem com formato cúbico de 4,2 m de aresta, cujo topo está aberto para a atmosfera, está completamente cheio de água com densidade ρ=1000 kg/m3 ao cubo fim da fração . Na base de uma das faces laterais, rente ao piso, há uma válvula fechada com formato circular de diâmetro muito pequeno. Assumindo a pressão atmosférica local igual a 1,01 X 105 Pa e que a aceleração da gravidade igual a 9.8m/s2. DETERMINE em unidades de 104 newtons, o peso do volume de água contido no tanque de armazenagem.

A resposta correta é: 72,61.

15. Um tanque de armazenagem com formato cúbico de 2,1 m de aresta, cujo topo está aberto para a atmosfera, está completamente cheio de água com densidade ρ= 1000  kg/m3 . Na base de uma das faces laterais, rente ao piso, há uma válvula fechada com formato circular de diâmetro muito pequeno. Assumindo a pressão atmosférica local igual a  1,01x10Pa e que a aceleração da gravidade igual a 9.8m/s2. DETERMINE em unidades de 104pascal, a pressão absoluta no fundo do tanque de armazenagem.
A resposta correta é: 12,16.

16. A figura abaixo mostra o princípio de funcionamento de m elevador hidráulico, formado por um sistema de vasos comunicantes contendo um fluido incompressível no seu interior. Considere que a aceleração da gravidade vale 9,8 m/s2. Sabendo-se que as áreas das seções transversais dos pistões 1 e 2 são, respectivamente, A1 = 0,3 m2 e A2 = 1,5 m2, o módulo da força F1, em N, necessária para erguer o peso equivalente de uma carga com massa igual a 79 kg será:
A resposta correta é: 154,84.
  
17 . Como parte de um sistema de lubrificação para máquinas pesadas, um óleo de densidade igual a 865 kg/m3 é bombeado através de um tubo cilíndrico de raio de 5 cm a uma taxa de 9,7 litros por segundo. DETERMINE, em m/s, a velocidade do óleo neste tubo cilíndrico.
A resposta correta é: 1,24.

18. O manual que acompanha uma ducha higiênica informa que a pressão mínima da água para o seu funcionamento apropriado é de 20 kPa. A figura mostra a instalação hidráulica com a caixa d'água e o cano ao qual deve ser conectada a ducha. Assinale a ÚNICA opção que corresponde o valor da altura hi que está associada à pressão da água na ducha.

A resposta correta é: h3.
19. A diferença de pressão máxima que o pulmão de um ser humano pode gerar por inspiração é em torno de 10000,0 Pa. Assim, mesmo com a ajuda de um snorkel (respiradouro), um mergulhador não pode ultrapassar uma profundidade máxima, já que a pressão sobre os pulmões aumenta à medida que ele mergulha mais fundo, impedindo-os de inflarem. Considerando a densidade da água ρ = 103 kg/m3 e a aceleração da gravidade g = 9,8 m/s2, DETERMINE a profundidade máxima estimada, representada por h, que uma pessoa pode mergulhar respirando com a ajuda de um snorkel em m.
A resposta correta é: 1,02.


20. Considere uma sala de estar com uma altura de 2,9 m e um piso com uma área de 16,9 m2, densidade do ar a 1 atm e 20° C sendo 1,20 kg/m3 e gravidade local de 9,8 m/s2. DETERMINE a força exercida pela pressão do ar de 1 atm sobre a superfície do piso e DIVIDA o resultado por 106. Use 1 atm = 1,013 x 105 N/m2.
A resposta correta é: 1,71.

21. Um objeto homogêneo colocado em um recipiente com água tem 35% de seu volume submerso; já em um recipiente com óleo, esse objeto tem 47% de seu volume submerso. Considerando ρágua = 1 g/cm3, DETERMINE a densidade desse óleo, em g/cm3.
A resposta correta é: 0,74.










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