Peso específico

Peso específico (ou peso unitário) é uma grandeza física definida como o peso por unidade de volume de um qualquer corpo (ou material), calculada multiplicando a massa específica do material pela aceleração da gravidade. No Sistema Internacional de Unidades (SI), em que a massa específica é expressa em kg/m³ e a aceleração da gravidade em m/s², o peso específico é expresso em N/m³, ou seja com dimensões M·L⁻²·T⁻².

Definição

O peso específico, também conhecido como peso unitário, geralmente representado pelo símbolo $γ$ , a letra grega gamma, é uma quantidade do tipo intensivo, específica por volume, definida como o peso $W$ dividido pelo volume $V$ de um material:

$\gamma ={\frac {W}{V}}\ .$

Forma equivalente, esta grandeza também pode ser formulado como o produto da densidade, $ρ$ , pela aceleração da gravidade, $g$ :

$\gamma =\rho \,g.$

A unidade de medida usada para esta grandeza no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o newton por metro cúbico (N/m³), expresso em termos de unidades base como kg⋅m⁻²⋅s⁻².

A densidade de um material é definida como massa dividida pelo volume, normalmente expressa na unidade kg/m³. Ao contrário da densidade, o peso específico não é uma propriedade fixa de um material, pois depende do valor da aceleração gravitacional, que varia com a localização (por exemplo, gravidade da Terra varia de local para local). Contudo, na prática, é frequentemente assumida a gravidade padrão (uma constante), geralmente tomada como 9,80665 m/s², o que torna o valor da grandeza independente da altitude e da localização geográfica. A pressão também pode afetar os valores, dependendo do módulo volumétrico de compressibilidade do material, mas, em geral, a pressões moderadas, tem um efeito menos significativo do que os outros fatores.^[1]

Um valor usado frequentemente é o peso específico da água na Terra a 4 °C (39 °F), que corresponde a 9,807 kilonewtons por metro cúbico ou 62,43 libras-força por pé cúbico.^[2] Outros volores frequentes são:

ɣ da água a 20 ºC: 9 810 N/m³ (T = 20 ºC, P = 1 atm e g = 9,81);
ɣ da glicerina a 20 ºC: 12 360,6 N/m³ (T = 20 ºC e P = 1 atm).

Por vezes utiliza-se também o peso específico relativo, o qual representa a relação entre o peso específico do material e o peso especifico da água, calculado utilizando a fórmula: ɣR=ɣ/ɣH20 onde ɣR é o peso específico relativo do material e ɣH20 o peso especifico da água à trmperatura ambiente (20 ºC).

Aplicações

Mecânica de fluidos

Em mecânica de fluidos, o peso específico representa a força exercida pela gravidade sobre um volume unitário de um fluido. Por este motivo, as unidades são expressas como força por unidade de volume (por exemplo, N/m³ ou lbf/ft³). O peso específico pode ser utilizado como uma propriedade característica de cada fluido.^[1]

Mecânica de solos

O peso específico é frequentemente utilizado como propriedade do solo para resolver problemas de terraplenagem. Em mecânica dos solos, o peso específico pode referir-se a:^[3]

Peso unitário húmido

O peso específico do solo quando os espaços vazios (poros) do solo contêm uma mistura de água e ar.

\gamma ={\frac {(1+w)G_{\text{s}}\gamma _{\text{w}}}{1+e}}

onde

$γ$ é o peso unitário húmido do material
$γ w$ é o peso unitário da água
$w$ é o teor de humidade do material
$G s$ é a densidade específica da componente sólida
$e$ é a índice de vazios

Peso unitário seco

O peso específico do solo quando todos os espaços vazios do solo estão completamente preenchidos com ar, sem água. A fórmula para o peso específico seco é:

\gamma _{\text{d}}={\frac {G_{\text{s}}\gamma _{\text{w}}}{1+e}}={\frac {\gamma }{1+w}}

onde

$γ$ é o peso unitário húmido do material
$γ d$ é o peso específico seco do material
$γ w$ é o peso unitário da água
$w$ é o teor de humidade do material
$G s$ é a densidade específica da componente sólida
$e$ é a índice de vazios

Peso unitário saturado

O peso específico do solo quando todos os espaços vazios do solo estão completamente preenchidos com água, sem ar. A fórmula para o peso específico saturado é:

\gamma _{\text{s}}={\frac {(G_{\text{s}}+e)\gamma _{\text{w}}}{1+e}}

onde

$γ s$ é o peso específico saturado do material
$γ w$ é o peso unitário da água
$G s$ é a densidade específica da componente sólida
$e$ é a índice de vazios

Peso unitário submerso

A diferença entre o peso específico saturado e o peso específico da água.^[4] É frequentemente utilizado no cálculo da tensão efetiva no solo. A fórmula para o peso específico submerso é:

\gamma '=\gamma _{\text{s}}-\gamma _{\text{w}}

onde

$γ'$ é o peso específico submerso do material
$γ s$ é o peso específico saturado do material
$γ w$ é o peso unitário da água

Engenharia civil e mecânica

O peso específico pode ser utilizado em engenharia civil e engenharia mecânica para determinar o peso de uma estrutura concebida para suportar determinadas cargas, mantendo-se intacta e dentro dos limites de deformação aceitáveis.^[1]

Peso específico da água

Peso específico da água à pressão atmosférica padrão ao nível do mar (unidades métricas)^[1]
Temperatura (°C)	Peso específico (kN/m³)
0	9.805
5	9.807
10	9.804
15	9.798
20	9.789
25	9.777
30	9.765
40	9.731
50	9.690
60	9.642
70	9.589
80	9.530
90	9.467
100	9.399

Peso específico do ar

Peso específico do ar à pressão atmosférica padrão ao nível do mar (unidades métricas) ^[1]
Temperatura (°C)	Peso específico (N/m³)
−40	14.86
−20	13.86
0	12.68
10	12.24
20	11.82
30	11.43
40	11.06
60	10.4
80	9.81
100	9.28
200	7.33

Referências

1 2 3 4 5 Finnemore, J. E. (2002). Fluid Mechanics with Engineering Applications. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-243202-0.
↑ National Council of Examiners for Engineering and Surveying (2005). Fundamentals of Engineering Supplied-Reference Handbook (7th ed.). ISBN 1-932613-00-5.
↑ Das, Braja M. (2007). Principles of Geotechnical Engineering. Canada: Chris Carson. ISBN 0-495-07316-4.
↑ The Transtec Group, Inc. (2012). Basic Definitions and Terminology of Soils. (Page viewed December 7, 2012

Ligações externas

[fluids-1] 1 2 3 4 5 Finnemore, J. E. (2002). Fluid Mechanics with Engineering Applications. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-243202-0.

[FE-2] National Council of Examiners for Engineering and Surveying (2005). Fundamentals of Engineering Supplied-Reference Handbook (7th ed.). ISBN 1-932613-00-5.

[soils-3] Das, Braja M. (2007). Principles of Geotechnical Engineering. Canada: Chris Carson. ISBN 0-495-07316-4.

[Intelligent_Compaction-4] The Transtec Group, Inc. (2012). Basic Definitions and Terminology of Soils. (Page viewed December 7, 2012

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[4]