efeitos da pressÃo
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EFEITOS DA PRESSÃO. Washington Braga [email protected]. Histórias. E. Torricelli (1644): peso do ar da atmosfera – barômetro B. Pascal (1650): primeiro a medir altitudes com o barômetro Otto von Guericke (1654): Experimentos com vácuo (hemisférios de Magdeburg) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Histórias
• E. Torricelli (1644): peso do ar da atmosfera – barômetro
• B. Pascal (1650): primeiro a medir altitudes com o barômetro
• Otto von Guericke (1654):– Experimentos com vácuo (hemisférios de
Magdeburg)– Associou pressão às condições ambientais– Começou a bombear ar para mergulhadores
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Manometria:
• Supondo a massa específica do ar constante:
• H (himalaia) = 8,8 km
• M (ar)=
• P(Himalaia) = 253 torr
• Sangue “ferve” -19km
kg102,5 18
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• Efeitos semelhantes:– Fluido
• H = 8,5 km, P = Po/3• H = -8,5 km, P =900 Po
– Acelerações– Altitudes
• Altitudes• Vácuo
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Efeitos da Altitude: (pressões parciais) • Em h = 0, superfície do mar:
– O2 na atmosfera é 21% do ar– Pressão parcial é 0,21x101 kPa = 22 kPa =
160 torr – respirar é simples, não percebemos– Inspirar demanda esforço, expirar é no
relaxamento dos músculos.– A respiração é controlada pelo nível de CO2
no sangue
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• Para trabalhos normais, a menor concentração de O2 é 100 torr, o que define a altitude máxima para vôos sem pressurização. Necessidade humana.
• Esta pressão é atingida quando a pressão barométrica for igual a 476 torr (aproximadamente a 3,7 km)
• Limite legal para vôos sem pressurização: 3 km• Aviões comerciais voam a 10 km, com pressões
internas de 1,5 a 2,4 km, para reduzir peso.
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• Em h = 253 torr (Himalaia):– O2 na atmosfera é 21% do ar– Pressão parcial é 0,21x253 = 53 torr – respirar é
complicado, fazemos esforço. – Respirar com garrafas pressurizadas: inspirar é
simples, expirar cansa;– A respiração ofegante hiperventila:
• Redução no nível de CO2, o que é bom pois aumenta o volume para o oxigênio
• Quem nasceu/cresceu em regiões elevadas tem pulmões maiores, corações maiores, maior número de hemácias, etc
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Novo problema: água!
• Na temp do corpo (37C), a pressão parcial do vapor dágua é 47 torr. Se p atm = 47 torr (h = 19,2 km, o sujeito morre afogado).
• A % de v. água nos pulmões é de 6% ao nível do mar (na atmosfera é de 0,5%): há produção de água nos pulmões.
• No Himalaia, Patm = 253 torr, a pressão parcial do vapor dágua passa para 19%.
• Sobra menos espaço para oxigênio.
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• Aviões civis são projetados para que o ar escape e a pressão caia lentamente.
• O Concorde voava entre 15-18 km, superior ao máximo tolerável pelo corpo humano
• A baixa pressão barométrica nestas altitudes implica que não há lugar bastante para o oxigênio.
• Condições próximas a de vaporização do sangue.
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Escoamentos Externos
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Separação do Escoamento
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Avião voa?
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Equação de Bernoulli:
2P V
2
Constante
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1a. Lei de Newton:
Na ausência de forças externas, um objeto em repouso permanece assim e um objeto
em movimento continua em movimento com velocidade constante em linha reta.
Se um objeto estiver mudando de direção, há alguma força agindo
sobre ele!
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Assim, o que temos é:
Maior pressão
Maior pressão Lembrem-se do ventilador
de teto!
A maior pressão na frente da asa empurra ar para cima (ruim para a sustentação!)
A menor pressão sobre a asa puxa ar externo que é deslocado para
baixo!
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3a. Lei de Newton: ação e reação!
Os pilotos sabem que maior sustentação é obtida, até um certo limite, aumentando-se o ângulo de
ataque.
Efeito coanda explica porque fluido tende a
acompanhar a asa
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Alguns números:
d (mvL
)mv mv
dt tmU tan
onde m é a massa deslocada e v é a velocidade vertical.
Por outro lado, definimos o coeficiente de sustentação como sendo:
21
2
L
fluido
Lc
U A
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No equilíbrio:
1
2f
L
UAm c
tan
Massa deslocada aumenta com a velocidade do avião, com a área das asas e com a
densidade do ar ambiente.
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Exemplo:
Considerando um Cessna de 1 tonelada, ângulo de ataque de 5o, e velocidade de vôo = 220 km/h, podemos calcular qual a massa de ar sendo deslocada!
Velocidade vertical: 19 km/h
Massa deslocada: 5 toneladas / segundo!
Imaginem o que acontece com um Boeing de 250 toneladas na decolagem!
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A parte de cima da asa é muito mais crítica para o vôo que a parte de baixo. É por isto que os aviões podem carregar pesos (tanques adicionais, bombas, etc) sob a asa mas não sobre a asa! Nesta situação, a sustentação seria prejudicada.
Pela movimentação intensa do ar sobre a asa, podemos concluir que:
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Resultado do tamanho finito de uma asa:
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Dois vórtices de pontas de asa!
Um vórtice atua no outro, provocando um efeito descendente!
-Formação em V no vôo dos pássaros
-Problema para aviões pequenos
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OBRIGADO PELA ATENÇÃO!