Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

Grade 11 → Propriedades da matéria → Mecânica dos fluidos ↓


Equação de continuidade e o efeito Venturi


Introdução

Na mecânica de fluidos, entender o fluxo de fluido é crucial para tudo, desde o design de tubulações até o funcionamento de aeronaves. Dois conceitos-chave que descrevem o comportamento dos fluidos são a equação de continuidade e o efeito Venturi. Esses princípios descrevem como a velocidade do fluido, a pressão e a área da seção transversal estão relacionados sob a lei de conservação de massa, permitindo engenheiros e cientistas prever como os fluidos se comportarão em diferentes condições.

Equação de continuidade

A equação de continuidade é uma declaração matemática da conservação de massa em um sistema de fluxo de fluido. Ela nos diz que para um fluido incompressível fluindo em um tubo, a taxa de fluxo de massa deve permanecer constante de uma seção transversal para a outra.

Entendendo o conceito

Imagine água fluindo através de uma mangueira. Se a mangueira for comprimida em algum ponto, criando uma passagem mais estreita, a velocidade da água nesta parte mais estreita aumentará. A equação de continuidade explica esse comportamento.

O princípio da conservação de massa afirma que a massa não pode ser criada ou destruída. No contexto do fluxo de fluido, esse princípio indica que a quantidade de fluido entrando em um sistema deve ser igual à quantidade de fluido saindo dele, desde que o fluido seja incompressível.

Formulação matemática

Para um fluxo constante, a taxa de fluxo da massa do fluido que passa por qualquer seção permanece constante. Isto pode ser expresso matematicamente como:

A₁v₁ = A₂v₂

Aqui, A₁ e A₂ são as áreas das seções transversais nos pontos 1 e 2, respectivamente, e v₁ e v₂ são as velocidades de fluxo nesses pontos. A equação nos diz que o produto da área da seção transversal e da velocidade em qualquer ponto ao longo do fluxo deve permanecer constante.

Isso implica que se você reduzir a área da seção transversal (A), a velocidade do fluxo (v) deve aumentar para manter a mesma taxa de fluxo, e vice-versa.

A₁ A₂ V₂ V₁

A figura acima mostra um tubo simplificado com diferentes áreas de seção transversal. Na parte mais larga, a área é A₁, e o fluido flui com velocidade v₁. Na parte mais estreita, a área é A₂, e a velocidade é v₂. De acordo com a equação de continuidade, A₁v₁ = A₂v₂.

Efeito Venturi

O efeito Venturi é um fenômeno em que a velocidade de um fluido aumenta à medida que passa por uma constrição em um tubo, causando uma diminuição na pressão estática. Este efeito é uma aplicação do princípio de Bernoulli, que afirma que um aumento na velocidade do fluido é acompanhado por uma diminuição na pressão ou uma diminuição na energia potencial do fluido.

Como funciona

Quando um fluido entra em uma seção estreita de um tubo, sua velocidade aumenta e a pressão diminui. Isso acontece porque o fluido precisa conservar energia; à medida que a energia cinética aumenta (devido ao aumento de velocidade), a energia de pressão diminui.

Efeito Venturi na vida real

O efeito Venturi é usado em muitas indústrias. Alguns dos usos mais comuns incluem os carburadores em veículos, onde este efeito ajuda a misturar o ar com o combustível de forma eficiente, e em aplicações médicas, como a máscara de Venturi, que fornece taxas de oxigênio controladas para os pacientes.

No exemplo visual acima, podemos ver um tubo com uma seção estreita no meio. O fluido acelera à medida que passa pela seção estreita, o que reduz sua pressão. Esta mudança na dinâmica do fluido devido a uma mudança na área da seção transversal é uma demonstração do efeito Venturi.

Princípio de Bernoulli

O efeito Venturi também pode ser entendido a partir da equação de Bernoulli, que é a seguinte:

P₁ + 0.5 * ρ * v₁² + ρgh₁ = P₂ + 0.5 * ρ * v₂² + ρgh₂

Aqui:

  • P é a pressão.
  • ρ é a densidade do fluido.
  • v é a velocidade do fluido.
  • g é a aceleração devido à gravidade.
  • h é a altura.

Esta equação nos mostra como a energia de pressão, a energia cinética e a energia potencial mudam durante o fluxo de fluido. À medida que o fluido se move através de uma seção restrita no efeito Venturi, o termo de velocidade v² torna-se maior e assim a pressão P diminui.

Exemplo prático

Considere uma simples mangueira de jardim com um bocal que reduz o diâmetro da saída. Aplicando a equação de continuidade, a velocidade da água aumenta no bocal estreito devido à área reduzida.

Suponha que o diâmetro interno da mangueira de jardim seja de 2 cm e o bocal o reduza para 1 cm. Se a velocidade da água na mangueira é de 2 m/s, qual será a velocidade no bocal?

Dado: D₁ = 2 cm → A₁ = π(1 cm)² D₂ = 1 cm → A₂ = π(0.5 cm)² v₁ = 2 m/s Encontrar v₂. Usando A₁v₁ = A₂v₂: π(1)² * 2 = π(0.5)² * v₂ => v₂ = (1)² * 2 / (0.5)² => v₂ = 8 m/s.

Aqui, como a área é reduzida por um fator de quatro, a velocidade aumenta na mesma quantidade, demonstrando ambos os aspectos da equação de continuidade e do efeito Venturi, uma vez que o aumento de velocidade está correlacionado com a mudança de pressão.

Conclusão

A equação de continuidade e o efeito Venturi são conceitos fundamentais na mecânica dos fluidos. Eles descrevem como os fluidos se movem em diferentes áreas de seção transversal e como essas mudanças afetam propriedades como velocidade e pressão. Esses conceitos são úteis em muitas aplicações práticas em uma variedade de campos, tornando-os conhecimentos valiosos não apenas para aqueles que estudam física, mas também para engenharia, meteorologia e outros campos.


Grade 11 → 3.1.5


U
username
0%
concluído em Grade 11

← Anterior (3.1.4)
A equação de Bernoulli e aplicações
Próximo (3.1.6) →
Tensão superficial e capilaridade

Comentários 



Equação de continuidade e o efeito Venturi

https://www.physicsflow.com/g11/3.1.5?pfal=pt