Aula 8: Mecânica de Fluidos - Física e Biofísica Aplicada

Física e Biofísica Aplicada Aula 8 Mecânica de Fluidos Universidade Municipal de São Caetano do Sul Profa Dra Thaís Fernandes Schmidt 26042023 Conteúdos Definição de fluido Temperatura Calor Volume Pressão Medidores de pressão manômetros Pressão Hidrostática e Empuxo Definição de pressão e principais unidades de medida de pressão atmosfera bar milímetro de mercúrio e Pascal Lei de Pascal Definição de Empuxo Princípio de Arquimedes Definição de densidade e influência da temperatura sobre a densidade Tensão Superficial de Fluidos Definição de tensão superficial e influência da temperatura sobre a tensão superficial Capilaridade e formação de menisco Tensoativos Tensão Superficial Viscosidade Definição de tensão de cisalhamento e viscosidade Fluidos Newtonianos Lei de Stokes de Sedimentação de partículas Reologia Fluidos NãoNewtonianos Dinâmica de fluidos Equação de Bernoulli Kamila Oglęcka Padmini Rangamani Bo Liedberg Rachel S Kraut Atul N Parikh 2014 Oscillatory phase separation in giant lipid vesicles induced by transmembrane osmotic differentials eLife 3e03695 httpsdoiorg107554eLife03695 FLUIDOS O QUE SÃO O QUE É UM FLUIDO O que pode fluir escoar O que não tem forma definida Fluido uma substância que não suportam tensões de cisalhamento FLUIDO É UM NOME COMUM PARA LÍQUIDOS E GASES NA MAIORIA DOS CASOS ELES PODem SER TRATADOS DA MESMA FORMA Quais as diferenças fundamentais entre fluido e sólido Fluido é mole e deformável Sólido é duro e muito pouco deformável Em linguagem mais técnica a diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada com a estrutura molecular Sólido as moléculas sofrem forte força de atração estão muito próximas umas das outras e é isto que garante que o sólido tem um formato próprio Fluido apresenta as moléculas com um certo grau de liberdade de movimento força de atração pequena e não apresentam um formato próprio Quais as diferenças fundamentais entre líquidos e gases Líquidos Assumem a forma dos recipientes que os contêm Apresentam um volume próprio constante Podem apresentar uma superfície livre Gases e vapores apresentam forças de atração intermoleculares desprezíveis não apresentam nem um formato próprio e nem um volume próprio ocupam todo o volume do recipiente que os contém Fluidos De uma maneira geral o fluido é caracterizado pela relativa mobilidade de suas moléculas que além de apresentarem os movimentos de rotação e vibração possuem movimento de translação e portanto não apresentam uma posição média fixa no corpo do fluido LÍQUIDOS GASES Incompressibilidade Compressibilidade Volume definido Sem volume definido Superfície livre Expansão indefinida Compressibilidade do Ar Ar submetido a um volume inicial V0 Ar submetido a um volume inicial V1 Vf V0 Expansibilidade do Ar Possuímos um recipiente contendo ar a válvula na situação 1 está fechada Quando a válvula é aberta o ar expande assumindo o formato dos recipientes porque não possui forma própria Classificação dos fluidos Fluido ideal incompressível e nãoviscoso Principais estados da matéria Plasma Gás ionizado altas energias Estudo das propriedades e característica dos líquidos e gases Temperatura Calor Volume e Pressão aplicados à ciências da saúde Física térmica e temperatura A Física térmica também conhecida como Termologia é a área que investiga os fenômenos relacionados à energia térmica Dentro desses fenômenos destacamos a dilatação e a contração dos corpos o aquecimento e o resfriamento dos corpos a mudança de estado físico dos corpos No estudo desses fenômenos um conceito é fundamental o de temperatura A temperatura é uma grandeza física que está relacionada com a energia cinética média das partículas que constituem os corpos Temperatura é uma grandeza física que está diretamente relacionada com a energia cinética média das partículas átomos e moléculas que constituem os corpos A temperatura é uma grandeza fundamental em física O termômetro é o instrumento de medida usado para medir temperaturas Existem muitos tipos diferentes de termômetros Termômetros São dispositivos usados para medir de maneira indireta a temperatura de um corpo De maneira indireta pois é impossível medir diretamente o grau de agitação das partículas do corpo Quando o grau de agitação das partículas de um corpo é alterado outras grandezas físicas variam Muitas dessas grandezas podem ser medidas Exemplos a pressão de um gás mantido o volume constante o volume de um gás mantida a pressão constante a altura de uma coluna de líquido em um tubo de vidro Termômetros O termômetro de tubo de vidro Capilar tubo finíssimo por onde o líquido pode fluir Tubo de vidro se a temperatura do bulbo varia a temperatura do líquido no bulbo também varia o volume do líquido varia o líquido sobe ou desce no capilar o comprimento da coluna varia A cada valor da altura da coluna de líquido corresponde uma temperatura Para esse termômetro a altura da coluna de líquido é a grandeza termométrica TEMPERATURA Charmaine Childs Chapter 29 Body temperature and clinical thermometry Handbook of Clinical Neurology Elsevier Volume 157 Pages 467482 ISSN 00729752 ISBN 9780444640741 2018 httpsdoiorg101016B978044464074100029X httpspintofsciencecombrblognaodeixemquemecamsuatemperaturanopulso TEMPERATURA Charmaine Childs Chapter 29 Body temperature and clinical thermometry Handbook of Clinical Neurology Elsevier Volume 157 Pages 467482 ISSN 00729752 ISBN 9780444640741 2018 httpsdoiorg101016B978044464074100029X Por que transpiramos O que é o suor e por que o produzimos O suor é a forma pela qual o corpo humano dissipa o excesso de calor produzido pelo esforço muscular ou pelo metabolismo Isso significa que transpiramos quando realizamos uma atividade física quando a temperatura do ar aumenta ou quando nosso corpo responde a um estímulo nervoso Assim o estado físico e emocional de uma pessoa influencia no quanto ela vai suar Como a transpiração nos refresca O excesso de calor é removido quando o suor evapora da superfície da pele já que para evaporar ele precisa de determinada quantidade de calor que é retirada do corpo diminuindo assim sua temperatura Processo semelhante ocorre quando as pessoas estão nervosas ou com medo Isso porque aumentando a atividade do sistema nervoso aumenta a secreção de uma substância chamada epinefrina que atua em nossas glândulas sudoríparas principalmente as existentes nas palmas das mãos e axilas produzindo suor Uma pessoa cuja temperatura corporal é 36 C sentese febril e lhe pede auxílio Ao aferir a temperatura da pessoa constatase que a sua temperatura é de 38ºC Essa pessoa febril tem a sensação de frio ou calor Essa sensação resulta a Da transferência de energia do ar para o nosso corpo pois o ar está a uma temperatura maior do que 360 C b Da perda de calor do nosso corpo para o ambiente pois o ambiente está a uma temperatura menor do que 380 C c Da transferência de calor do nosso corpo para o ambiente a fim de que o frio do ambiente possa entrar no nosso corpo d Do fato do ar possuir um calor específico maior do que o do nosso corpo e Do impacto o ar no nosso corpo dissipar sua energia mecânica em energia térmica Mecanica dos Fluidos Ciência que trata do comportamento dos fluidos em repouso Hidrostática e em movimento Hidrodinâmica Estuda o transporte de quantidade de movimento nos fluidos Grandezas fundamentais da Mecânica dos Fluidos Força F responsável pela alteração do movimento dos corpos Massa m inércia dos corpos Forma fixa define o Centro de Massa Pressão PFA responsável pela alteração do movimento dos fluidos Densidade ρ mV inércia dos fluidos sendo V o volume Forma variável depende do reservatório LÍQUIDOS GASES Incompressibilidade Compressibilidade Volume definido Sem volume definido Superfície livre Expansão indefinida Compressibilidade do Ar Ar submetido a um volume inicial V₀ Ar submetido a um volume inicial V₁ Vf V₀ Expansibilidade do Ar Possuímos um recipiente contendo ar a válvula na situação 1 está fechada Quando a válvula é aberta o ar expande assumindo o formato dos recipientes porque não possui forma própria Volume Quantidade de espaço que o corpo ocupa Quando observamos o espaço ocupado de uma forma real três dimensões do espaço linear deixamos de observar uma superfície para percebermos o espaço ocupado por um corpo no universo e a esta expressão do espaço ocupado ou a ser ocupado no vazio denominase Volume A unidade de Volume em um sistema de unidades será a unidade deste sistema que representa o espaço elevada ao cubo no SI Metro cúbico m3 e no CGS Centímetro cúbico cm3 A Área e o Volume verificam o espaço ocupado ou a ser ocupado Quando analisamos simultaneamente duas dimensões do espaço podemos caracterizar superfícies de tecidos ou órgãos como pulmões ou pele ou áreas como a secção de área de uma artéria A observação simultânea de três dimensões do espaço nos permite demonstrar compartimentos e os espaços delimitados por eles como a quantidade de sangue que comporta o ventrículo esquerdo de um homem adulto e qual será seu volume quando de sua contração Volume da secção Volume do cilindro Pressão É a razão entre a componente normal de uma força e a área em que ela atua Veia ou artéria Pressão A pressão é um agente físico capaz de romper a inércia de um fluido Pressão e volume Alterações no diâmetro do vaso podem alterar a pressão sem necessariamente aumentar o volume Então podemos dizer que a pressão arterial é a força que o sangue faz na parede dos vasos sanguíneos Pressão sistólica contração ou sístole Pressão diastólica relaxamento ou diástole