Primeiros passos

Este blog destina-se a tratar de uma tema muito interessante e importante da àrea da física: pressão atmosférica e empuxo do ar.O intuito é trabalhar alguns conceitos da física fazendo uso de diferenciadas linguagens.

Para entender pressão: DENSIDADE E VOLUME

Você já parou para pensar porque objetos de mesmos volume, terão massas diferentes caso sejam de materiais diferentes? E o que é mais pesado? 1kg de palha ou 1kg de chumbo? É óbvio que terão o mesmo peso, certo? Mas parece que nos deparamos com uma nova grandeza física. É a densidade. Que relaciona massa com o volume dos corpos. Para entender melhor assista ao vídeo abaixo:

 

Caso esteja familiarizado com a língua inglesa assista ao vídeo Eureka, sobre densidade e volume:

 

Portanto, a razão massa sobre volume é a densidade de um corpo, ou seja:

 

Acesse o site da Universidade do Colorado e com a ajuda do professor trabalhem a experiência virtual de densidade de sólidos. Tente descubrir as variáveis do cubo mistérioso. Clique aqui

Para entender . . . Pressão

 

 

Alguma vez, por engano, você tentou cortar o pão com o lado da faca sem afiação? Difícil, né?

Por que será que com a parte mais “fina” da faca é mais fácil cortar o pão?

Pelo mesmo motivo que a ponta do prego que entra na madeira é a ponta mais fina do material. Nesses casos, mais importante que a força exercida é área em que esta força atua. Quanto menor a área, maior é o efeito provocado pela força. Existe, então, uma relação entre força e superfície de contato essa relação é dada por um conceito em física chamado pressão.

A expressão matemática que traduz este raciocínio é :

P= Força /Area

Lei de Stevin

Observe atentamente este experimento: 

 

Por que será que o ovo foi sugado para dentro da garrafa?

Observe que existia ar tanto dentro quanto fora da garrafa e quando a chama do fósforo consumiu o oxigênio o ovo foi sugado.

Isso acontece porque o ar exerce pressão sobre a Terra, em todas as direções. Quando este ar é consumido num ambiente fechado, criamos uma diferença de pressão, e portanto uma diferença de forças em pontos diferentes fazendo com que a força do ar na parte de cima empurrasse o ovo pra dentro da garrafa.

Vamos fazer um experimento:
Materiais:
2 copos de vidro transparente (um cheio com líquido que pode ser àgua)
1 prato
1 fosforo
1 vela bem pequena

Realizando o experimento:
Coloque a vela no prato e despeje a agua contida em um do copos no prato. Acenda a vela com o outro copo. Tampe a vela com um dos copos e observe.

 Questão
 Descreva o que houve e tente explicar usando a lei de Stevin.

Veja um vídeo que reproduz nosso experimento:

Arquimedes e o Empuxo

 

Nasceu em Siracusa, na Sicília em 287 a.C., e foi educado em Alexandria, no Egito. Consagrou-se à Matemática, mais especialmente à Geometria. Muito jovem ainda começou a distinguir-se por seus trabalhos científicos. De regresso à Siracusa consagrou-se ao estudo da Geometria e da Mecânica, conseguindo descobrir princípios e fazer aplicações que o imortalizaram.

 Arquimedes inventou a balança que tem seu nome e foi o primeiro a determinar as leis do equilíbrio na balança. As atividades de seu pai, o astrônomo Fídias, influíram, sem dúvida, na vocação e formação científica de Arquimedes que, desde jovem, esteve em Alexandria, onde travou amizade com vários mestres alexandrinos.

Na Hidrostática, o "Princípio de Arquimedes" pode e deve ser considerado uma importante descoberta que determinou grande adiantamento no estudo das ciências físicas e produziu felizes resultados. Vamos assistir a história:

Portanto, podemos enunciar esse Princípio em duas partes:

a) Todo corpo submerso em um líquido, desloca desse líquido uma quantidade determinada, cujo volume é exatamente igual ao volume do corpo submerso.

b) O corpo submerso no líquido "perde" de seu peso uma quantidade igual ao peso do volume de líquido igual ao volume submerso do corpo.

Estas conclusões podem ser resumidas no que chamamos de empuxo tem valor igual ao peso de agua ou fluído deslocado, ou seja:

E = P_{água deslocada} = m_água . g = d_água . V_água . g



Como um dirigível voa?

Balões e dirigíveis precisam ser inflados para terem um grande volume. Desta maneira, deslocam um grande volume de ar. Segundo o princípio de Arquimedes, o Empuxo tem o valor do peso do fluido deslocado (líquido ou gás) que é dirigida para cima e aplicada no balão.
Então:
E = Par = mar.g = dar.Var.g onde m é a massa, d a densidade e g a gravidade local
O Empuxo vai ser contrário ao Peso do Balão e caso o seja maior, o balão subirá.

Teriamos então:

Peso do dirigível: 

Empuxo:    

E para que o balão suba, devemos ter a seguinte condição satisfeita:

Por isso que os balões são inflados com ar quente, que é mais leve que o ar frio, fazendo com que o Empuxo vença a força Peso.

Para que o dirigível, se mova na horizontal, deve ter um auxilio de um motor a hélice, o ar é empurrado para trás e  pela Terceira Lei de Newton, empurra o dirígivel. 

E a Pressão Atmosférica

Para compreender bem pressão atmosférica, vamos pensar novamente na lei de stevin. Considere um fluido (líquidos e gases que fluem para as regiões inferiores de um recipiente até preenchê-los totalmente) em equilíbrio (vertical e horizontal) no interior de um recipiente.

Esse líquido exerce sobre as paredes do recipiente que o contem forças que se tornam de maior intensidade à medida que a profundidade aumenta.

 Podemos perceber que as forças, na mesma horizontal, em ambos os extremos, tem a mesma intensidade, pois o líquido está em equilíbrio horizontal, caso contrário, ele se moveria nessa direção.

Observe a figura abaixo onde, quem varia é apenas a pressão vertical, onde o líquido que é homogêneo e incompressível está em equilíbrio.

Na superfície livre superior (A) desse líquido age a pressão atmosférica (P_atm)_, exercida pela coluna de ar que está sobre ele. Num ponto qualquer B do interior do líquido, a pressão (P_B) que age é a soma da pressão atmosférica com a pressão exercida pela coluna líquida acima dele, devido à seu peso.

Portanto, da Lei de Stevin, podemos escrever:

            P_B=P_atm + Plíquido

                                           

        P_B=P_atm + F/S

           P_B= P_atm + peso do líquido/S 

        P_B=P_atm + (m_líquido.g)/S

P_B=P_atm + (d_líquido.S.h)/S 

P_B=P_atm+ d_líquido.g.h 

Esta expressão é o Teorena Fundamental da Hidrostática, ou Teorema de Stevin, aplicada a pressão atmosférica.

FUTEBOL EM GRANDES ALTITUDES - UM JOGO CHEIO DE PRESSÕES

A seleção brasileira de futebol acaba de empatar sem gols com a seleção colombiana em Bogotá, capital da Colômbia, a 2640 m acima do nível do mar. Foi o primeiro jogo das eliminatórias para a próxima Copa do Mundo de Futebol em 2010.

E sempre que acontece uma partida de futebol numa cidade bem acima do nível do mar, surge a inevitável polêmica: a altitude vai ou não vai prejudicar o time visitante?

A Fifa anunciou no primeiro semestre que estudava proibir de forma definitiva os jogos oficiais em cidades com altitude acima de 2.500 m justificando que a grande altitude pode prejudicar a saúde dos jogadores (confira notícia no UOL Esporte). La Paz (Bolívia), Quito (Equador) e Cuzco (Peru) não poderiam mais ser palco de jogos oficiais. Bogotá, na Colômbia, também estaria fora se a medida fosse confirmada. Sofrendo grande pressão, a Fifa recuou e mudou a proibição para altitudes maiores do que 3.000 m (confira outra notícia mais recente no UOL Esporte). 

Evo Morales, presidente da Bolívia, chegou a organizar partidas de futebol em grandes altitudes, acima de 5.000 m, só para provar que nada acontece com os jogadores. A polêmica continua. E essa história ainda vai render muitas notícias. O presidente da Fifa, Joseph Blatter, aposta na conferência sobre esporte a grande altitude, que será realizada em Zurique de 25 a 28 de outubro, onde a Fifa pretende concentrar esforços para analisar também a influência e os efeitos do calor, do frio e da umidade sobre a saúde dos jogadores.

Do ponto de vista da Física, é fato que na medida em que subimos, nos afastando do nível do mar, o ar vai ficando cada vez mais rarefeito. Logo, a pressão atmosférica diminui gradativamente e, naturalmente, surgem dificuldades respiratórias. Habitantes de locais bem acima do nível do mar estão biologicamente adaptados à escassez de oxigênio e possuem maior proporção de glóbulos vermelhos no sangue para aumentar a captação deste gás fundamental para o metabolismo humano e, portanto, para a vida. Quem chega de fora, não tem tempo para se adaptar e, de fato, fica em desvantagem. Além de jogar pior, pode até passar mal e precisar de atendimento de emergência. Eu mesmo já vi muitas partidas corridas e em grandes altitudes em que ao final do segundo tempo jogadores precisaram de atendimento com máscara de oxigênio.

A pressão atmosférica em Bogotá é cerca de 25% menor do que a pressão do ar no Rio de Janeiro e não há como negar que isso afeta a respiração e a captação do oxigênio pelos jogadores não adaptados às condições locais e submetidos a esforços físicos. A bola também sofre um menor atrito aerodinâmico e, portanto, recebe uma menor frenagem do ar, mantendo-se por mais tempo com velocidade maior, o que prejudica a precisão dos passes longos pelos jogadors de ataque e as atitudes reflexas do goleiro e dos jogadores de defesa.

Ironicamente, e para não perder o trocadilho (altitude X atitude), mais uma vez também ficou uma sensação de falta de vontade da seleção brasileira que parecia jogar com o "breque de mão puxado". Se sobrou altitude, faltou atitude! Seria medo de correr e faltar oxigênio no final? Pode até ser. Mas a gente sempre quer ver show. Vimos um joguinho chato e até com riscos para o nosso goleiro Júlio César que, não podemos deixar de destacar, fez boas defesas e ajudou-nos bastante a garantir o magro empate que só não é pior do que uma derrota como a de novembro de 2004 quando levamos 1 X 0 da seleção equatoriana nas eliminatórias para a Copa da Alemanha. O jogo aconteceu em Quito, capital do Equador, a 2850 m acima do nível do mar, cerca de 200 m acima de Bogotá (confira o post onde também abordo o tema da altitude, da falta de oxigênio e da falta de futebol). 

Infelizmente, não teve como não lembrar deste trágico jogo em Quito (2004) ao ver o jogo de hoje em Bogotá. Até o uniforme da seleção colombiana, de camisa amarela, calção azul e meias vermelhas, lembrava o uniforme da seleção do Equador. E o time do Brasil, visitante, jogava com o segundo uniforme, todo azul. Menos pior que desta vez empatamos, não perdemos. Mas ... foi só oxigênio que faltou?  

LInks

toys from trash - um site indiano que traz ótimos experimentos  de baixo custo. Tanto na area da fisica como da matemática ou da quimica.

PontoCiência - Site brasileiro com inumero experimentos na area de ciencias em geral

Simulações (Universidade do Colorado)-  Experiências virtuais criadas em JAVA pelo Universidade do Colorado

Neteducação- Portal educacional, com um vasto material de todas as areas do ensino regular.

Física na veia- Um ótimo blog de física. Considerado o melhor blog em língua portuguesa do Mundo em 2010

Como os aviões conseguem voar?

COMO OS AVIÕES VOAM

O maior avião comercial do Mundo é o A380, fabricado pela Airbus, é a maior aeronave de passageiros do mundo e só perde em tamanho para o cargueiro soviético Antonov AN-225 Myria. 

A versão padrão do A380 pode transportar cerca de 550 passageiros acomodados em dois pisos. Mas é possível levar até 853 passageiros numa montagem com todos os assentos em classe econômica. Cada companhia que adquirir o A380 poderá configurá-lo para as suas necessidades e público-alvo. No A380 da Singapore Airlines os viajantes poderão ocupar seu tempo de viagem com centenas de filmes e programas de TV, 700 CDs de música e 22 canais de rádio, além de games 3D. Na primeira classe os assentos dos passageiros podem ser transformados em cama de casal. E quem tiver dinheiro para bancar mais conforto pode viajar numa das 12 suites da aeronave que é praticamente um hotel que voa. 

Clique aqui e veja um esquema detalhado do a380.

Para vencer a força peso  e voar o avião precisa de uma força de sustentação  conseguida por um truque aerodinâmico intimamente ligado ao perfil das asas. E, para "furar" a massa de ar, o avião deve ainda vencer o atrito aerodinâmico  a partir da força conseguida pelos motores (propulsores).
  

Atividade

Faça com seu professor um experimento simples usa o mesmo principío fisico das asas do avião.
Clique aqui


Tente explicar o que acontece?

A água ferve a 100oC?

Numa panela de pressão a água ferve acima de 100^oC
A água só ferve a 100^oC ao nível do mar, onde temos a pressão atmosférica de 1 atm = 1,013.10⁵ Pa⁽³⁾ = 760 mmHg.
Para entrar em ebulição, ou ferver - como dizemos em linguagem cotidiana, as moléculas de água devem atingir um estado de agitação tal que tenham energia para “decolar”, ou seja, para abandonar a massa de água pela sua superfície e atravessar a fronteira como ar, indo para a atmosfera.
Na prática, se a pressão do ar é grande, uma moléculade água que tenta saltar para fora do líquido pode colidir com uma partícula do ar, ricocheteando e voltando para a massa líquida, não conseguindo migrar para o estado gasoso, ou seja, não conseguindo se libertar do estado líquido. Note que a atmosfera funciona como uma “tampa” natural que dificulta a passagem das moléculas do estado líquido para o gasoso.
Confira na tabela abaixo os valores de temperatura de ebulição da água para diversos valores de pressão (760 mmHg é a pressão atmosférica ao nível do mar).

Vale lembrar que, numa panela de pressão, o próprio vapor d'água que se forma faz a pressão interna crescer. Como consequência, a temperatura de ebulição da água dentro da panela fica maior do que 100^oC. E, quanto maior a temperatura, mais fácil amolecer, ou seja, cozinhar os alimentos mais duros.

Texto extraído do blog: http://fisicamoderna.blog.uol.com.br/

Pressão e culinária

6A NOVA AQUISIÇÃO ESPANHOLA

Divulgação

A panela de 3 500 euros: inventada pelos chefs gêmeos para cozinhar a comida com baixa pressão e ausência de oxigênio

Quem tem pretensões de cozinhar e morre de orgulho de sua cozinha gourmet pode começar a se roer de inveja diante dos bizarros utensílios que têm proliferado na Espanha desde 1993, quando Ferran Adrià passou a pesquisar técnicas e equipamentos modernos. Os equipamentos vão desde o sifão que faz as famosas espumas, a sua mais popular invenção – uma adaptação do antigo sifão de chantilly –, até a impressionante gastrovac, uma panela que custa 3 500 euros (cerca de 10 000 reais) e levou um ano para ser desenvolvida por Sergio e Javier Torres em parceria com uma universidade na Espanha. Com baixa pressão e ausência de oxigênio, é usada para cozinhar e fritar o alimento sem alteração de textura, cor e nutrientes. Outra invenção, criada pelo catalão Joan Roca, é o termostato roner, que cozinha produtos embalados a vácuo, com baixa temperatura, por até 30 horas. Detalhe: carnes e peixes ficam com o aspecto de malpassados. A chef brasiliense Mara Alcamim ficou tão interessada que partiu para a livre-iniciativa: "Não achei a máquina no Brasil e desenvolvi uma panela que faz algo semelhante". 

Texto extraído do site: http://veja.abril.com.br