Problema 69. Em um tanque de água existe um orifício redondo com diâmetro R = 20 cm, que é fechado por uma válvula hemisférica de mesmo raio (ver Fig. 1.39). Peso da válvula G = 200H. Você precisa calcular:
a) força T necessária para levantar a válvula à pressão H, se a pressão na superfície livre da água for Рм = 2,5 me Рm = 150 kPa.
Para resolver este problema, usaremos a lei de Arquimedes. De acordo com esta lei, um corpo imerso em um líquido sofre a ação de uma força igual ao peso do líquido deslocado.
Assim, para levantar a válvula, é necessário criar uma força maior que o peso do fluido deslocado e o peso da própria válvula. Vamos denotar essa força por T.
Então a força T necessária para levantar a válvula é determinada pela fórmula:
T = G + ρ * g * V
onde G é o peso da válvula, ρ é a densidade do fluido, g é a aceleração da gravidade, V é o volume do fluido deslocado.
O volume de fluido deslocado pode ser calculado como metade do volume do hemisfério:
V = (2/3) * π * R ^ 3
A densidade da água a esta temperatura é aproximadamente igual a 1000 kg/m^3, e a aceleração da gravidade é considerada igual a 9,81 m/s^2.
Assim, a força T é determinada pela fórmula:
T = 200H + 1000 kg/m^3 * 9,81 m/s^2 * (2/3) * π * (0,2 m)^3
Para calcular a força T, é necessário conhecer o valor da pressão H. Porém, se a pressão for conhecida, então a força T é determinada simplesmente como o produto da área do furo e a diferença de pressão no superfícies inferior e superior da válvula:
T = π * R ^ 2 * (Рm - ρ * g * Н)
Assim, é necessário conhecer o valor da pressão para calcular a força T necessária para levantar a válvula.
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O problema considera fechar um furo redondo em uma caixa d'água com uma válvula hemisférica de mesmo raio. É necessário calcular a força T necessária para levantar a válvula a uma determinada pressão H e pressão na superfície livre da água Pm. Todas as fórmulas e cálculos necessários são fornecidos no documento.
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Para resolver o problema, utiliza-se a lei de Arquimedes, segundo a qual um corpo imerso em um líquido sofre a ação de uma força igual ao peso do líquido deslocado. Para calcular a força T é necessário conhecer o valor da pressão H. Se a pressão for conhecida, então a força T é determinada simplesmente como o produto da área do furo e a diferença de pressão na parte inferior e superfícies superiores da válvula.
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