UNICAMP Questão 4 - P1.2012
A figura mostra um sifão, que é um tubo usado para transferir líquidos de um recipiente para outro. O tubo deve estar inicialmente cheio, e se esta condição é satisfeita o líquido escoa pelo tubo até que a superfície do líquido no recipiente esteja no mesmo nível que a extremidade . O líquido tem densidade igual a e viscosidade desprezível. As distâncias mostradas na figura são , e . Considere .
- Com que velocidade o líquido sai do tubo no ponto ?
- Se a pressão atmosférica é , qual é a pressão do líquido no ponto , o ponto mais alto do tubo?
- Qual é o máximo valor de , mantidos e , para que o líquido continue escoando?
Passo 1
a):
Bom galera, vamos considerar que o nível de altura nula passa pelo ponto c. Dessa forma, o ponto c tem altura igual a zero.
Vamos agora aplicar Bernoulli entre e o ponto logo acima de na superfície do fluido(Vamos chamá-lo de :
Vamos às características de cada ponto:
A altura de do ponto foi medido em relação ao nível de altura nula, por isso esse valor. O valor da velocidade do fluido em tende a zero, já que o fluido começa a subir o tubo ali, e, somente a partir dali ele começa a ganhar velocidade.
Mas por que o valor da pressão de é igual ao valor da pressão atmosférica?
Porque, como a velocidade ali é nula, estamos no regime da hidrostática. Ou seja...,podemos aplicar Stevin!
Isso quer dizer que o valor da pressão de é igual ao valor da pressão do ponto do fluido logo ao lado, fora do cano, já que ambos possuem a mesma altura. E o valor da pressão na superfície do fluido é
O que queremos saber.
Bem, a altura é zero pois o referencial de altura nula está passando por . A pressão é a pressão atmosférica pois o cano está aberto pra atmosfera.
Por Bernoulli:
Passo 2
b):
Pra descobrir a pressão no ponto , vamos analisar a pressão no ponto
Ou seja, a pressão no ponto é igual a pressão no potno mais a pressão devida à altura da coluna de fluido.
Essa altura é:
Logo:
Sendo :
Logo:
Passo 3
c):
O valor máximo vai ocorrer quando a pressão de for nula.
Usando a equação do item anterior:
Resposta
a):
b):
c):