Pressão Hidrostática

Bom vou falar um pouco sobre Pressão Hidrostática. A hidrostática, também é chamada estática dos fluidos. Hidrostática refere-se a água , que foi o primeiro fluido a ser estudado, assim por razões históricas mantém-se o nome é a parte da física que estuda as forças exercidas por e sobre fluidos em repouso.

Pressão Hidrostática 

Considere um volume cubico de água. Estando este em repouso, o peso da água em cima dele necessariamente estará contra balançado pela pressão interna neste cubo. Para um cubo cujo volume tende para zero, ou seja um ponto, esta pressão pode ser expressa por :

P = pgh
em que, usando unidades no sistema SI,
P é a pressão hidrostática em pascal,
p é a massa especifica da água, ou densidade em quilogramas por metro cubico,
g ou a é a aceleração da gravidade em metros por segundo quadrado,
h é a altura do liquido por cima do traço em metros.

No caso de a pressão atmosférica não ser desprezível, é necessário acrescentar o valor de sua pressão, tomando a equação o seguinte aspecto.

P = po + pgh

Pressão Atmosférica 

A pressão Atmosférica é a pressão hidrostática causada pelo peso do ar acima do ponto de medição. Áreas de baixa pressão tem menos massa atmosférica acima do local, enquanto que as áreas de alta pressão tem mais massa atmosférica acima do local. Da mesma forma, quanto maior for a elevação, menos massa atmosférica acima haverá, por isso que a pressão diminui com o aumento da altitude.

Para entender melhor sobre pressão hidrostática veja o vídeo.




Aluno: Jonathan Johnson Heerdt

Mecânica dos Fluidos no Automobilismo

A importância da Aerodinâmica só ganhou força na ciência à medida que se necessitava construir meios-de-transportes cada vez mais rápidos, porém econômicos. No estudo desta, quatro forças são consideradas: 1) Força-Peso; 2) Força de Arrasto; 3) Força de Empuxo; e 4) Força de Sustentação. Sem este equipamento em carros de corrida, também não seria possível sua estabilização, já que existe alta velocidade de escoamento do ar atmosférico. 

Simulação do escoamento de um fluido num aerofólio. De cima p/ baixo: (a) Sem circulação (Γ=0); (b) Pouca circulação, apresentando ponto de estagnação sobre a superfície superior traseira [(Γ < Γ(Kutta)]; (c) Circulação excessiva, apresentando ponto de estagnação sobre a superfície inferior traseira [(Γ > Γ(Kutta)]; e (d) Circulação ideal, apresentando escoamento suave do fluido no bordo de fuga [(Γ = Γ(Kutta)]

Para obtermos um valor próximo da idealidade, três fatores são levados em consideração: ângulo de ataque, velocidade de escoamento do fluido e formato da peça (no caso, um aerofólio).

Aerofólio do tipo placa-plana

Dentre os vários aerofólios, os do tipo plana-plana são os mais simples – não possuindo espessura nem formato definido. Partindo-se disso, pode-se ter uma melhor entendimento com relação à teoria da lâmina de vórtices. Seja um aerofólio do tipo placa-plana de comprimento C submetida à uma lâmina de vórtices γ(x). Por exigência da condição de Kutta, a diferença entre as velocidades desaparecerá no bordo de fuga, afim do escoamento ao sair do sistema apresentar suavidade e paralelismo. A solução ideal deve satisfazer o PVI abaixo:

γ(C) = 0

Sendo γ(x) = u_superior – u_inferior . Para um aerofólio de  a envergadura b:

L / b = – ρ V_∞ =>

=> L =  ρ V_∞ b Γ 

onde:

L = força de sustentação;

V_∞ = velocidade de corrente livre; e

ρ = massa específica do fluido (1,293 kg/m³ à 0º C e 1 atmosfera).

Sendo Γ = ∫ (limite inferior, 0; limite superior, C) [γ(x)] dx. A sustentação é dada pela integral da diferença entre as pressões que atuam inferior e superiormente na placa-plana e a envergadura da asa b:

L =  ∫ (limite inferior, 0; limite superior, C) [(C_P,inferior – C_P,superior) b] dx ,

sendo o coeficiente de sustentação dado por:

  

C_L = L / [1/2(ρ(V_∞)² bC] =>

=> C_L = ∫ (limite inferior, 0; limite superior, 1) [(C_p,inferior – C_p,superior)] (dx / C) =>

=> 2  ∫ (limite inferior, 0; limite superior, 1) [(γ / V_∞)] d(x / C)

A sustentação depende de vários parâmetros. Calculamos a sustentação através do coeficiente de distribuição adimensional de pressão C_p :

  

C_p = [(p - p_∞) / (1/2) (ρ(V_∞)²)] =>

=> C_p = [(p_{inferior, superior} - p_∞) / (1/2) (ρ(V_∞)²)] =>

=> C_p = 1 – [(V_{inferior, superior})² / (V_∞)²)]

De modo análogo, o coeficiente de arrasto é dado por:

C_A = A / [1/2(ρ(V_∞)² bC] ,

Sendo a força total de arrasto a soma de forças arrasto e superfície:  

 F_A = F_{A, Superífice} + F_{A, Forma}

Se no projeto, haver elongação de modo suave, a força de arrasto diminuirá, já que o deslocamento ocorre na região traseira do equipamento.

Coeficiente de sustentação versus ângulo de ataque α : ocorrência de sustentação positiva para um ângulo de ataque nulo. Como o aerofólio do gráfico é do tipo não-simétrico, os pontos não passam pela origem. À medida que aumenta o valor do ângulo de ataque, o aerofólio vai tendendo ao comportamento de um corpo abrupto, acarretando o deslocamento total da camada-limite, aumentando a força de arrasto e diminuindo a força de sustentação. No ponto stall, o aerofólio se desfaz. Dizemos, então, que estola.

Alunos:

Thayse Acordi
Rômulo Canever Lucion

MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

      

     A postagem mostra videos  e explicações sobre mecanismos de transferência de calor.

      Há três mecanismos conhecidos para transferência de calor: radiação, condução e convecção.                                                                                

      A radiação consiste de ondas eletromagnéticas viajando com a velocidade da luz. Como a radiação é a única que pode ocorrer no espaço vazio, esta é a principal forma pela qual o sistema Terra-Atmosfera recebe energia do Sol e libera energia para o espaço.

         A condução ocorre dentro de uma substância ou entre substâncias que estão em contato físico direto. Na condução a energia cinética dos átomos e moléculas (isto é, o calor) é transferida por colisões entre átomos e moléculas vizinhas. O calor flui das temperaturas mais altas (moléculas com maior energia cinética) para as temperaturas mais baixas (moléculas com menor energia cinética). A capacidade das substâncias para conduzir calor (condutividade) varia consideravelmente. Via de regra, sólidos são melhores condutores que líquidos e líquidos são melhores condutores que gases. Num extremo, metais são excelentes condutores de calor e no outro extremo, o ar é um péssimo condutor de calor. Conseqüentemente, a condução só é importante entre a superfície da Terra e o ar diretamente em contato com a superfície. Como meio de transferência de calor para a atmosfera como um todo a condução é o menos significativo e pode ser omitido na maioria dos fenômenos meteorológicos.

          A convecção somente ocorre em líquidos e gases. Consiste na transferência de calor dentro de um fluído através de movimentos do próprio fluído. O calor ganho na camada mais baixa da atmosfera através de radiação ou condução é mais freqüentemente transferido por convecção. A convecção ocorre como conseqüência de diferenças na densidade do ar. Quando o calor é conduzido da superfície relativamente quente para o ar sobrejacente, este ar torna-se mais quente que o ar vizinho. Ar quente é menos denso que o ar frio de modo que o ar frio e denso desce e força o ar mais quente e menos denso a subir. O ar mais frio é então aquecido pela superfície e o processo é repetido.

Robson Sizenando Lembeck
Luam Souza Kemper

Processo de Tratamento de Água

O link a seguir é uma animação referente ao processo de tratamento de água da cidade de São Paulo, feita pela empresa SABESP.

http://site.sabesp.com.br/uploads/file/flash/tratamento_agua.swf

Processo de Tratamento de Água

    A água potável possui diferentes tipos de utilidade, como para higiene pessoal, ingestão, até mesmo para produção industrial. Sem a mesma não existe vida e é importante lembrar que o referente fluido é um bem finito.

    Dois terços da superfície do planeta são cobertos por água, mas apenas 3% de toda essa água é doce ou própria para consumo humano. Porém, é importante lembrar, que apenas 1% desta mesma está disponível para uso. Além disso, a água que existe hoje é a mesma que de muito tempo atrás, e a população não para de crescer, ou seja, se não for bem utilizada, a água potável pode acabar.

    Até chegar pronta para consumo nas propriedades da cidade, a água percorre um longo caminho. Ela é oferecida através de sistemas produtores, e um destes, que se localiza na cidade de São Paulo, é considerado um dos maiores sistemas produtores de água do planeta e tem capacidade para tratar 33.000 L/s (trinta e três mil litros por segundo) de água.

    A água que abastece a cidade onde se localiza este importante sistema produtor de água, vem de longe. A mesma é transportada por complexos sistemas de represamentos, situados em diferentes níveis e interligados, garantindo que as águas passem em função da gravidade por diversas outras represas, até finalmente chegar na estação elevatória, onde é bombeada por motobombas subindo até o alto da serra onde se localiza o reservatório, sendo que o mesmo também é uma represa. De sua origem até a estação de tratamento, a água percorre um total de cerca de 100 km, passando no trajeto por 48 km de túneis e canais.

    A água chega à estação de tratamento com uma grande velocidade, e esta é tão intensa, que para que a força da água não destrua tudo, a energia precisa ser dissipada por válvulas.

    O tratamento da água tem início com a aplicação do coagulante, que pode ser sulfato de alumínio ou férrico. Tal aplicação é feita logo na entrada da ETA (Estação de Tratamento de Água), na bacia de tranquilização. A água segue por um canal onde telas retêm materiais como folhas e gravetos e logo na fase seguinte, a água recebe aplicação de cloro (bactericida que elimina os microrganismos), depois a água segue para o tanque de floculação, onde ela é movimentada para que o coagulante faça com que as partículas de sujeira juntem-se, formando flocos. No tanque de decantação a sujeira mais pesada vai para o fundo, formando uma camada de lodo. Este lodo é recolhido por uma pá removedora que se move lentamente no fundo do tanque, para evitar que a sujeita suba para a superfície. O lodo acumulado é liberado pelo canal de esgoto. A água da superfície é recolhida através de canaletas e escoada para os filtros, nos mesmos a sujeira que ainda resta, fica retida entre o carvão e a areia e de tempos em tempos, a sujeira acumulada é recolhida pelo processo de retrolavagem.

    Após a filtragem é feita outra aplicação de cloro, que garante a qualidade da água. Neste referente sistema produtor é adicionado flúor na fase final, o que reduz em 65% os índices de cáries na população.

    Antes de seguir pela tubulação para distribuição para os consumidores, a água recebe adição da cal, que eleva o ph da água e diminui sua acidez, protegendo assim, a tubulação contra corrosão.

    Enfim a água tratada é levada para os reservatórios distribuídos pela cidade, os quais distribuem a mesma para os consumidores.

    Todas as etapas de tratamento são acompanhadas por profissionais especializados, que cuidam da qualidade da água, através de análises em um laboratório, além de testes de degustação onde cheiram e provam a água.

    É importante a coleta desta água, em diversos pontos da cidade, havendo desta forma, um controle sanitário.

Vídeo referente ao assunto supracitado.

Referência:

http://site.sabesp.com.br/site/Default.aspx

Equipe:

Juliana da Silva Medeiros

Kellyn Locks

Sara Nunes Doneda

Aerodinâmica nos Esportes - Efeito Magnus

O Efeito Magnus recebe esse nome em honra ao químico e físico alemão Heinrich Gustav Magnus. O Efeito Magnus é o fenômeno pelo qual a rotação de um objeto altera sua trajetória em um fluido (líquido ou gás). Esse efeito pode ser observado quando um jogador de futebol chuta uma bola com efeito em direção ao gol e esta faz uma curva no ar, ou quando um jogador de basquetebol lança a bola e esta faz um movimento giratório que faz com que ela permaneça mais tempo no ar, como explicam as figuras a seguir:

Futebol – vista superior

Basquetebol – vista lateral

Esse efeito acontece porque em relação a todos os fluídos vale a seguinte regra: se o fluído se movimenta com velocidades diferentes em diferentes pontos de uma corrente uniforme, nos pontos de maior velocidade observa-se a menor pressão e vice-versa.

O Efeito Magnus depende da velocidade de rotação da bola e também da quantidade de ar que a bola arrasta quando gira. Quanto menos lisa for a bola, mais ar ela arrasta e maior é o efeito.

A curva descrita pela bola chutada por Roberto Carlos pode ser explicada pela Ciência. É um fenômeno que surge quando uma bola atravessa o ar em movimento giratório. Jogadores de futebol são mestres em fazer uso empírico dessa particularidade interativa que a Física explica racionalmente. Sem a precisa aplicação do Efeito Magnus o Brasil não teria vencido seu primeiro título mundial na Suécia, em 1958. Nas eliminatórias o passaporte foi carimbado pelo gol de falta de Didi, contra o Peru, no Maracanã. A bola descreveu uma trajetória tão cheia de efeito que o chute acabou batizado de "folha seca".

Aerodinâmica no Automobilismo

Como o ar é responsável por grande parte do atrito que diminui a velocidade dos carros, os engenheiros estudaram a aerodinâmica para que, com ela, o atrito seja diminuído. O maior interesse é da indústria automobilística, que através dos anos fez melhoras em seus modelos deixando os carros com uma aparência mais arredondada e com pinturas especiais que reduzem a resistência do ar. Os veículos quando em movimento, estão sujeitos as ações do efeito Magnus, devido a diferença de fluxo de ar que passa por baixo e por cima do carro, para compensar isso carros de corrida são mais próximos ao chão e também são acoplados mecanismos ao veiculo que fazem com que o ar empurre o veiculo em direção ao solo, dando mais sustentação ao veiculo.

São estudadas as forças de sustentação e de arrasto, por exemplo, pois estas interferem nos corpos estáticos e também nos que estão em movimento. Essa ciência é aplicada na criação dos corpos de aviões, carros e outros objetos que precisem da aerodinâmica para funcionar. O Princípio de Bernoulli é a lei utilizada pelos estudiosos da aerodinâmica, pois relaciona a velocidade do fluxo do ar e a pressão correspondente. Com base nesse princípio, temos que para maiores velocidades de fluxos, menores são os valores de pressão e para o aumento da pressão, há a diminuição da velocidade de fluxo.

Nosso vídeo explica melhor como esses fenômenos acontecem:

Equipe: Gabriela Effting
Marina Lapa Viana

Ramon Baumann

Ja que estamos preste a elaborar um projeto de bombas, é interessante conhecermos um pouco mais sobre esse assunto, neste vídeo, feito por alunas e colegas da Unisul, veremos sobre bombas centrifugas.

Densidade.

DENSIDADE:

        Você já parou para pensar porque algumas substâncias são mais pesadas do que outras? Será que é devido aos materiais ao que são formados? Os materiais possuem algumas propriedades que os tornam mais pesados ou mais leves.
Descoberta da Densidade:
          A densidade foi descoberta por acaso, pelo cientista filósofo, Arquimedes, onde através de um banho de banheira percebeu que ao entrar na banheira, seu corpo deslocava certo volume de água, fazendo a água transbordar, e deduziu  que o volume de água deslocada deveria ser igual ao volume do seu corpo.
A densidade é uma propriedade da matéria que relaciona massa e volume, ela define a quantidade de massa de uma substância contida por unidade de volume.

                                           DENSIDADE = MASSA / VOLUME.

O conceito de densidade pode ser  facilmente entendido na prática comparando objetos feitos a partir de diferentes substâncias, mas de mesmo volume.
  Sólidos de mesmo volume e feitos de diferentes materiais terão massas distintas, ou seja ,  materiais diferentes têm densidades diferentes.

Exemplo: Se compararmos volumes equivalentes de algodão e chumbo, vamos perceber que o volume de algodão é bem mais "leve" que o de chumbo. Na realidade, o volume de algodão, apesar de ser equivalente ao volume de chumbo, tem massa muito menor. Podemos atribuir a diferença de densidade entre o algodão e o chumbo à diferença da massa dos átomos que compões essas substâncias.
       
          Então concluímos que a relação entre massa e volume de uma substância é a sua densidade

EMPUXO

          Quando um objeto  é mergulhado em água,ao ser submerso, desloca um volume de água igual ao seu próprio volume, já que dois corpos não  podem ocupar o mesmo lugar.O objeto sofre uma força contrária, devido ao deslocamento da massa de água que tem o mesmo volume do objeto. A força atuante de baixo para cima é denominada empuxo e ela é uma resultante da pressão hidrostática exercida pelo líquido.

          Pressão hidrostática (a força exercida pela água sobre a superfície de um objeto mergulhado), essa pressão aumenta com a profundidade, portanto a resultante é uma força de baixo para cima. É a mesma força sentida ao tentar mergulhar uma bola de borracha na água.

Equipe:
Amanda Menegaz
Cristiane Raquel Salvalao
Stefani Corrêa