2 - EXPERIMENTO DE JATOS LIVRES

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JATOS LIVRES
Apresentação
1. OBJETIVO
Este laboratório virtual realiza uma análise do comportamento de um fluido que inicialmente se 
encontra em um reservatório e posteriormente escoa por um orifício para o ambiente externo. A 
velocidade de escoamento e o alcance horizontal do jato podem ser encontrados de forma 
experimental e seus valores podem ser comparados com aqueles encontrados utilizando as 
equações para jatos livres.
 
Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:
observar a aplicação da equação de Bernoulli (conservação da energia) no escoamento de 
fluidos;
•
entender a aplicação e a abrangência da equação da continuidade na mecânica dos fluidos;•
visualizar aplicações cotidianas do escoamento de fluidos em orifícios e bocais e sua 
importância na engenharia;
•
calcular a vazão de descarga através de um orifício;•
determinar experimentalmente o coeficiente de descarga para um dado orifício;•
calcular o alcance horizontal de um jato em descarga;•
entender a independência entre as componentes x e y no movimento oblíquo cinemático, 
inclusive no movimento de fluidos.
•
 
2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
O conhecimento do comportamento dos jatos livres é de grande importância para a hidráulica. 
Algumas das aplicações mais comuns são: tomadas de água em sistemas de abastecimento; 
sistemas de irrigação por aspersão e drenagem na agricultura; e projeto e dimensionamento de 
vertedouros em usinas hidrelétricas e floculadores do tipo bandejas, encontrados em estações de 
tratamento de água e esgoto.
 
3. O EXPERIMENTO
Neste laboratório virtual, você seguirá as instruções contidas no roteiro para fazer a aquisição de 
dados da altura da coluna de água do reservatório vertical em relação ao orifício e do alcance 
horizontal do jato. Ao realizar a análise desses dados e aplicar os conceitos e equações encontrados 
no resumo teórico de jatos livres, é possível compreender o comportamento deste fenômeno. É 
essencial para o funcionamento adequado do experimento e correta aquisição de dados que as 
instruções contidas no roteiro sejam seguidas corretamente.
 
4. SEGURANÇA
Para a realização deste experimento não são necessários equipamentos de proteção individual. As 
instruções do roteiro são pensadas para que o experimento ocorra sem que haja incidentes, 
garantindo que não ocorram imprevistos durante a utilização do laboratório.
 
5. CENÁRIO
No laboratório se encontra uma bancada que é composta por dois tanques de acrílico cristal, um na 
vertical e outro na horizontal. Eles são interligados através de uma bomba de deslocamento 
positivo (diafragma). A bomba retira a água do tanque horizontal e preenche o tanque vertical. A 
água do tanque vertical escoa para o tanque horizontal através de uma válvula, na qual podem ser 
enroscados plugues com orifícios de diferentes diâmetros. A operação e controle da bomba são 
feitos pelo quadro elétrico de comando. 
Tanto o tanque vertical como o horizontal possuem uma escala graduada para que sejam feitas as 
medidas do nível de coluna de água e do alcance do jato, respectivamente. Com o intuito de 
facilitar a medição do alcance do jato, uma régua de referência e uma régua auxiliar estão acopladas 
ao tanque horizontal. 
Os experimentos são realizados com o auxílio da válvula esfera, que deve operar sempre 
totalmente aberta ou fechada. Sua abertura permite que a água escoe do tanque vertical para o 
horizontal, passando pelo bocal desejado. 
A bancada possui um quadro elétrico que apresenta botoeiras de LIGA, DESLIGA e EMERGÊNCIA, 
além de sinaleiros indicadores de quadro energizado e sistema operando. A vazão da bomba pode 
ser controlada através de um potenciômetro presente neste quadro. Como medida de segurança, 
para que não haja transbordamento, o tanque vertical apresenta um sensor de nível alto, que 
desliga a bomba quando é alcançado.
Bons estudos.
Sumário teórico
Acesse o sumário:
 
 
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LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS FLUIDOS 
JATOS LIVRES 
 
JATOS LIVRES 
 
 
 
O escoamento do tipo jato livre ocorre quando um fluido é expandido por meio 
de um bocal ou orifício para um ambiente no qual o escoamento não é diretamente 
afetado por um contorno fixo (STRÖHER et al., 2012). As principais aplicações dos jatos 
livres na hidráulica são: tomadas d´água em sistemas de abastecimento, projetos de 
irrigação e drenagem, projetos hidrelétricos, estações de tratamento de água e de 
esgoto, sistema de alimentação de combustíveis de veículos automotores, queimadores 
industriais e irrigação por aspersão. 
Um orifício pode ser descrito como uma abertura localizada em uma das faces 
do reservatório, ou conduto sob pressão, que permite o escoamento do fluido contido 
no reservatório. Alguns critérios podem ser utilizados para classificar os orifícios, os 
principais são: 
 
• forma geométrica do perímetro do orifício: circular, retangular, triangular 
etc.; 
• plano do orifício em relação à superfície livre do líquido: paralelo, 
perpendicular etc.; 
• espessura da parede na qual está o orifício: parede fina (delgada) e parede 
grossa (espessa). 
 
O volume de fluido que é deslocado durante o processo de escoamento é um 
dos fatores que devem ser levados em conta quando o escoamento de um reservatório 
é analisado. Como os escoamentos são contínuos, é pertinente analisar o volume 
deslocado por unidade de tempo, ou seja, o fluxo de volume, também conhecido como 
vazão. Quando um tanque cheio de água se esvazia através de um orifício, a energia 
 
 
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potencial da água se converte em energia cinética. Assim, desprezando as perdas de 
carga, a energia cinética e energia potencial podem ser igualadas. 
A distância entre o fundo do reservatório vertical e o centro do orifício da 
bancada que será utilizada no laboratório virtual é de 50 mm. Na Figura 1 esta distância 
é dada por 𝑦0. 
 
 
Figura 1 – Análise do jato de água. 
 
 
 
 
1
2
. 𝑚. 𝑣𝑡
2 = 𝑚. 𝑔. ℎ (1) 
 
Onde: 
𝑔 é a aceleração da gravidade (9,81 𝑚 𝑠2⁄ ); 
ℎ é a altura da coluna d’água, em metros (note que a altura final é em relação ao 
bico do jato e não ao fundo do tanque); 
𝑣𝑡 é a velocidade teórica de saída da água no orifício, em 𝑚 𝑠⁄ . 
Isolando a velocidade teórica apresentada na Equação 1: 
 
 𝑣𝑡 = √2. 𝑔. ℎ (2) 
 
 
 
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Devido às perdas de energia durante o escoamento, como os fatores de 
viscosidade e atrito interno, a velocidade real na seção contraída é menor do que a 
velocidade teórica. A relação entre a velocidade real (𝑣𝑟) e a velocidade teórica (𝑣𝑡) é 
dada pelo coeficiente de velocidade (𝑐𝑣), um valor adimensional que é menor que 1. 
O valor da velocidade real é obtido durante a realização do experimento, então 
é possível encontrar o coeficiente de velocidade pela Equação 3: 
 
 𝑐𝑣 =
𝑣𝑟
𝑣𝑡
 (3) 
 
Com isso, o coeficiente de velocidade (𝑐𝑣) pode ser utilizado como fator de 
correção da velocidade real, permitindo que seja encontrada a velocidade real com uma 
boa precisão. 
 
 𝑣𝑟 = 𝑐𝑣 . √2. 𝑔. ℎ (4) 
 
O Coeficiente de Descarga (𝐶𝑑) é um fator de correção adimensional utilizado 
nos cálculos das propriedades do escoamento através de orifícios. Ele é 
aproximadamente constante para um determinado orifício de parede delgada (fina), e 
pode ser determinado experimentalmente. Esse coeficiente é definido como o produto 
entre 𝑐𝑣 (coeficiente de velocidade) e 𝑐𝑐 (coeficiente de contração), sendoeste último a 
divisão entre a área da seção contraída do jato e a área do orifício. 
 
 𝐶𝑑 = 𝑐𝑣 . 𝑐𝑐 (5) 
 
 
 
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A seção contraída de um jato é uma redução no diâmetro da sua seção 
transversal logo após a passagem pelo bocal, tornando a área útil de escoamento menor 
que a do orifício. Para correção, utiliza-se o coeficiente de contração, que ajusta a área 
real de escoamento do fluido. Como na prática é difícil medir o 𝑐𝑐, é feita a aquisição 
experimental do coeficiente de descarga, que então pode ser convertido em coeficiente 
de contração. 
 
 
Figura 2 – Diâmetro do orifício (D) e da seção contraída (Dc). 
 
Para escoamento com nível variável do reservatório, 𝐶𝑑 pode ser calculado 
realizando um experimento em que se mede o tempo de descarga do líquido pelo 
orifício para uma determinada diferença de nível (h). Desta forma, o coeficiente de 
descarga é dado por: 
 
 𝐶𝑑 =
2. 𝐴𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒
𝑡. 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 . √2. 𝑔
. (√ℎ1 − √ℎ2) (6) 
 
Onde: 
𝐴𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 é a área da seção transversal do tanque (tanque vertical), em milímetros 
quadrados; 
𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓í𝑐𝑖𝑜 é a área do orifício, em milímetros quadrados; 
ℎ1 é o nível 1 do tanque, em metros; 
ℎ2 é o nível 2 do tanque, em metros; 
 
 
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𝑡 é o tempo de descarga, em segundos. 
 
Observação: Outras unidades podem ser utilizadas para realizar o cálculo do 
coeficiente de descarga, porém é necessário que o resultado seja adimensional. 
 
Vazão do fluido através do orifício: 
 𝑄 = 𝐶𝑑 . 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 . √2. 𝑔. ℎ (7) 
 𝑄 = 𝐶𝑑 . 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 . 𝑣𝑡 (8) 
Onde: 
𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 é a área do orifício, em milímetros quadrados. 
 
Para orifícios circulares: 
 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 =
𝜋
4
. 𝐷2 (9) 
Onde: 
𝐷 é o diâmetro do orifício, em milímetros. 
 
No experimento, são fornecidos bicos com orifícios de diâmetros 4 mm, 6 mm, 
8 mm e 10 mm. 
 
Figura 3 – Bicos dos orifícios. 
 
No equipamento em questão, a área da seção transversal do tanque vertical é 
retangular com medidas externas 𝐵 = 250 𝑚𝑚 e 𝐿 = 350 𝑚𝑚. Suas paredes possuem 
espessura de 10 𝑚𝑚. Logo sua área em mm² é: 
 
𝐴𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 = (250 − 20). (350 − 20) = 75900 𝑚𝑚² 
 
(10) 
 
 
 
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Sendo: 
𝐵 é a largura do tanque vertical, em milímetros; 
𝐿 é o comprimento do tanque vertical, em milímetros. 
 
Quando o jato sai do orifício, tem-se um lançamento oblíquo horizontal. 
Descrevendo o sistema em termos de coordenadas cartesianas, a componente 
horizontal da velocidade pode ser escrita por 𝑥′ e a vertical por 𝑦′. A componente 
horizontal é constante e igual a velocidade de saída do orifício e a componente vertical 
depende da aceleração da gravidade. Logo, o movimento na componente 𝑥 é um 
Movimento Retilíneo Uniforme (MRU) e na componente 𝑦, um Movimento Retilíneo 
Uniformemente Variado (MRUV). Essas relações são mostradas abaixo. 
 
Figura 4 – Comportamento do fluido. 
 
Os movimentos em x e y podem ser analisados separadamente, conforme 
explicado abaixo: 
 
 
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Figura 5 – Gráfico de análise do comportamento do jato. 
 
A velocidade horizontal (�̇�) é igual a velocidade de saída do orifício, que neste 
caso é a velocidade teórica (𝑣𝑡) encontrada na Equação 4. 
 
 (MRU) �̇� = 𝑣𝑡 =
𝐴𝑙𝑐𝑎𝑛𝑐𝑒 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
𝑡
=
∆𝑥𝑡𝑒
𝑡
 (11) 
 
Como: 
 
 (MRUV) 𝐻 = 𝑦0 + �̇�0. 𝑡 +
𝑔. 𝑡2
2
 (12) 
 
Levando em conta que a velocidade inicial (�̇�0) e o posição inicial (𝑦0) são iguais 
a zero, temos: 
 
𝑦0 = 0 e �̇�0 = 0 
𝐻 =
𝑔. 𝑡2
2
 
 
 
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Logo: 
 
 𝑡 = √
2𝐻
𝑔
 (13) 
 
Como: 
 
 𝑣𝑡 =
∆𝑥𝑡𝑒
𝑡
 
 
Então: 
 
 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑛𝑐𝑒 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 = ∆𝑥𝑡𝑒 = 𝑣𝑡. √
2𝐻
𝑔
 (14) 
 
Onde: 
H é a altura entre o centro do bico e a o plano de referência em que é realizada 
a medição do alcance horizontal, que no caso deste experimento é de 145 mm; 
t é o tempo de queda, em segundos; 
O alcance horizontal experimental (Δx𝑒𝑥𝑝) pode ser encontrado durante a 
realização do experimento. A diferença entre as equações 14 e 15 é o uso da velocidade 
teórica e da velocidade experimental. 
 
 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑛𝑐𝑒 𝐻𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = Δx𝑒𝑥𝑝 = 𝑣𝑟 . √
2𝐻
𝑔
 (15) 
 
Dividindo a Equação 15 pela Equação 14 podemos encontrar: 
 
 
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Δx𝑒𝑥𝑝
∆𝑥𝑡𝑒
=
𝑣𝑟 . √
2𝐻
𝑔
𝑣𝑡. √
2𝐻
𝑔
=
𝑣𝑟
𝑣𝑡
 
 
(16) 
Ao comparar o resultado desta divisão com a Equação 3, é possível concluir que: 
 
 
𝑐𝑣 =
Δx𝑒𝑥𝑝
∆𝑥𝑡𝑒
 
 
(17) 
Logo, o coeficiente de velocidade pode ser encontrado divisão entre o alcance 
horizontal experimental e o alcance horizontal teórico. 
 
Roteiro
Acesse o roteiro:
 
 
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INSTRUÇÕES GERAIS 
 
 
 
1. Nesta prática, o escoamento do tipo jato livre será estudado, observando de 
forma experimental a influência das principais variáveis do sistema. 
 
2. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da 
experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do 
VirtuaLab. 
 
3. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial 
VirtuaLab” presente neste Roteiro. 
 
4. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as 
instruções para realização desta prática na subseção “Procedimentos”. 
 
5. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação 
de Resultados”. 
 
 
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RECOMENDAÇÕES DE ACESSO 
 
PARA ACESSAR O VIRTUALAB 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Caso utilize o Windows 10, dê preferência ao navegador Google Chrome; 
2. Caso utilize o Windows 7, dê preferência ao navegador Mozilla Firefox; 
3. Feche outros programas que podem sobrecarregar o seu computador; 
4. Verifique se o seu navegador está atualizado; 
5. Realize teste de velocidade da internet. 
 
Na página a seguir, apresentamos as duas principais dúvidas na utilização dos 
Laboratórios Virtuais. Caso elas não se apliquem ao seu problema, consulte a nossa seção 
de “Perguntas Frequentes”, disponível em: https://algetec.movidesk.com/kb/pt-br/ 
Neste mesmo link, você poderá usar o chat ou abrir um chamado para o contato com 
nossa central de suporte. Se preferir, utilize os QR CODEs para um contato direto por 
Whatsapp (8h às 18h) ou para direcionamento para a central de suporte. Conte conosco!ATENÇÃO: 
O LABORATÓRIO VIRTUAL DEVE SER ACESSADO POR COMPUTADOR. ELE NÃO DEVE SER 
ACESSADO POR CELULAR OU TABLET. 
O REQUISITO MÍNIMO PARA O SEU COMPUTADOR É UMA MEMÓRIA RAM DE 4 GB. 
SEU PRIMEIRO ACESSO SERÁ UM POUCO MAIS LENTO, POIS ALGUNS PLUGINS SÃO 
BUSCADOS NO SEU NAVEGADOR. A PARTIR DO SEGUNDO ACESSO, A VELOCIDADE DE 
ABERTURA DOS EXPERIMENTOS SERÁ MAIS RÁPIDA. 
 
 
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PERGUNTAS FREQUENTES 
 
 
1) O laboratório virtual está lento, o que devo fazer? 
 
a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> 
“Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a 
opção e reinicie o navegador. 
 
b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de 
trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações 
gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de 
máximo desempenho. 
Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de 
vídeo instalado na máquina. 
 
c) Feche outros aplicativos e abas que podem sobrecarregar o seu computador. 
 
d) Verifique o uso do disco no Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) -> 
“Detalhes”. Se estiver em 100%, feche outros aplicativos ou reinicie o 
computador. 
 
 
 
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2) O laboratório apresentou tela preta, como proceder? 
 
a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> 
“Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a 
opção e reinicie o navegador. Caso persista, desative a opção e tente 
novamente. 
 
b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de 
trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações 
gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de 
máximo desempenho. 
Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de 
vídeo instalado na máquina. 
 
c) Verifique se o navegador está atualizado. 
 
 
 
 
 
 
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DESCRIÇÃO DO LABORATÓRIO 
 
 
MATERIAIS NECESSÁRIOS 
 
• Painel elétrico de comando; 
• Bomba de deslocamento positivo; 
• Tanques; 
• Cronômetro; 
• Válvula do tipo esfera; 
• Bicos. 
 
 
PROCEDIMENTOS 
 
1. COMPREENDENDO O FUNCIONAMENTO DO EXPERIMENTO 
 
Para dar início ao laboratório virtual de jatos livres, é necessário que você reconheça 
os principais recursos disponíveis. Após o carregamento, será exibido um Guia de 
utilização, onde serão explicados alguns mecanismos de operação necessários 
durante a operação dos componentes. 
 
2. PREENCHENDO O TANQUE VERTICAL 
 
Habilite o cronômetro. Em seguida, ligue a bomba e configure a vazão através do 
potenciômetro. Cronometre o tempo necessário para preencher o volume do total 
do tanque vertical. 
 
 
 
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3. CALCULANDO O COEFICIENTE DE DESCARGA 
 
Inicialmente, mova o bico de 10 mm para a torneira. Visualize a medida de forma 
precisa no tanque vertical e anote. Esse valor corresponde a h1. Em seguida, abra a 
válvula, permitindo a passagem da água e cronometre o tempo de descarga até a 
segunda altura definida, h2. Na tabela abaixo, preencha as alturas escolhidas e o 
tempo cronometrado. Repita o procedimento 5 vezes. 
 
Orifício com diâmetro de 10 mm 
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5 
h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 
 
Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo 4 Tempo 5 
 
Coeficiente de 
Descarga 1 
Coeficiente de 
Descarga 2 
Coeficiente de 
Descarga 3 
Coeficiente de 
Descarga 4 
Coeficiente de 
Descarga 5 
 
Coeficiente de Descarga Médio 
 
Desvio Padrão 
 
Desvio Relativo 
 
Tabela 1 – Medições com o orifício de 10 mm. 
 
O cálculo do coeficiente de descarga é feito utilizando a Equação (6) do resumo 
teórico. São necessários para este cálculo os seguintes valores: 
 
➢ Atanque é a área da seção transversal do tanque (tanque vertical), em milímetros 
quadrados; 
➢ Aorifício é a área do orifício, em milímetros quadrados; 
➢ h1 é o nível 1 do tanque, em metros; 
 
 
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➢ h2 é o nível 2 do tanque, em metros; 
➢ t é o tempo de descarga, em segundos; 
➢ g é a aceleração da gravidade (9,81 m s2⁄ ); 
 
Os valores de Atanque e Aorifício podem ser encontrados utilizando as equações (9) e 
(10). Os valores de h1 e h2 são definidos pelo usuário e o tempo será obtido no 
laboratório virtual. 
Remova o bico de 10 mm. Em seguida, repita o mesmo procedimento descrito acima 
com os bicos de 4, 6 e 8 mm, preenchendo as suas respectivas tabelas. 
 
Orifício com diâmetro de 8 mm 
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5 
h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 
 
Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo 4 Tempo 5 
 
Coeficiente de 
Descarga 1 
Coeficiente de 
Descarga 2 
Coeficiente de 
Descarga 3 
Coeficiente de 
Descarga 4 
Coeficiente de 
Descarga 5 
 
Coeficiente de Descarga Médio 
 
Desvio Padrão 
 
Desvio Relativo 
 
Tabela 2 – Medições com o orifício de 8 mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Orifício com diâmetro de 6 mm 
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5 
h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 
 
Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo 4 Tempo 5 
 
Coeficiente de 
Descarga 1 
Coeficiente de 
Descarga 2 
Coeficiente de 
Descarga 3 
Coeficiente de 
Descarga 4 
Coeficiente de 
Descarga 5 
 
Coeficiente de Descarga Médio 
 
Desvio Padrão 
 
Desvio Relativo 
 
Tabela 3 – Medições com o orifício de 6 mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Orifício com diâmetro de 4 mm 
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5 
h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 
 
Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo 4 Tempo 5 
 
Coeficiente de 
Descarga 1 
Coeficiente de 
Descarga 2 
Coeficiente de 
Descarga 3 
Coeficiente de 
Descarga 4 
Coeficiente de 
Descarga 5 
 
Coeficiente de Descarga Médio 
 
Desvio Padrão 
 
Desvio Relativo 
 
Tabela 4 – Medições com o orifício de 4 mm. 
 
 
 
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4. ANALISANDO O ALCANCE HORIZONTAL 
 
Preencha novamente o tanque vertical com o volume máximo. Em seguida, conecte 
novamente o bico com orifício de 10 mm. Depois, selecione um nível de referência. 
Esse valor deve estar entre 700 e 300 mm. Insira na Tabela 5 o valor de referência 
escolhido para o nível de referência (h). 
Logo depois,encontre o valor de alcance experimental. Inicialmente, acione a válvula 
para liberar a água do tanque vertical. Ligue a bomba e utilize o potenciômetro para 
regular a vazão de entrada do tanque. O potenciômetro deve ser posicionado de 
forma que o nível do tanque vertical permaneça praticamente estável no valor 
escolhido como nível de referência. Com o alcance horizontal estabilizado, desloque 
o acrílico de referência de forma que o jato esteja o mais próximo do acrílico sem que 
o jato esteja colidindo com o equipamento. 
Em seguida, preencha a tabela com o valor do alcance horizontal experimental para o 
diâmetro do orifício utilizado. Aplique a Equação 17 do resumo teórico para encontrar 
o coeficiente de velocidade, que utiliza os dados obtidos anteriormente na Tabela 5. 
Aplique também a Equação 3 do resumo teórico para encontrar a velocidade real do 
jato livre, que utiliza os dados obtidos anteriormente na Tabela 5. 
 
Diâmetro do Orifício (D) 10 8 6 4 
Nível de referência (h) 
Velocidade teórica do jato (𝑣𝑡) 
Alcance horizontal teórico (∆𝑥𝑡𝑒) 
Alcance horizontal experimental (Δx𝑒𝑥𝑝) 
Coeficiente de velocidade (𝑐𝑣) 
Velocidade real do jato (𝑣𝑟) 
Tabela 5 – Dados teóricos e experimentais do alcance horizontal. 
 
Repita as instruções desta etapa para os diâmetros de 8, 6 e 4 mm, completando a 
Tabela 5 com os dados necessários. 
 
 
 
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5. AVALIANDO OS RESULTADOS 
 
Siga para a seção “Avaliação dos Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo 
com o que foi observado nos experimentos. 
 
 
 
 
 
 
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AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS 
 
 
 
1. A média entre os valores do coeficiente de descarga para um mesmo orifício 
representa bem a amostra? Quais são as possíveis fontes de erro? 
 
 
 
2. O que se pôde observar com a variação dos diâmetros? 
 
 
 
3. Os valores do alcance horizontal calculado e do alcance horizontal experimental 
são iguais? Caso sejam diferentes, quais são as possíveis fontes de erro? 
 
 
 
4. O que foi possível observar com diâmetros diferentes do orifício em relação ao 
alcance horizontal e a velocidade? 
 
 
 
 
 
 
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TUTORIAL VIRTUALAB 
 
 
1. COMPREENDENDO O FUNCIONAMENTO DA PRÁTICA 
 
Utilize a barra de rolagem para realizar a leitura de todo o texto no guia. Clique na barra 
com o botão esquerdo do mouse e arraste para baixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Após concluir a leitura do guia, feche-o. Clique com o botão esquerdo do mouse no 
botão “FECHAR”. 
 
 
 
Explore o menu de visualizações. Clique com o botão esquerdo do mouse sobre cada 
opção e note o que será evidenciado. Observe também que cada visualização possui um 
atalho. 
 
 
 
 
 
 
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Agora, explore as opções auxiliares localizadas no canto interior direito da tela. Elas 
servem para facilitar a visualização e destacar os itens da prática. 
 
 
 
Habilite as opções e o bloco de notas. Clique no botão esquerdo do mouse sobre os 
itens. 
 
 
 
 
 
 
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Agora, aproxime a visualização da graduação dos tanques. Com o cursor do mouse sobre 
a régua, clique na tecla “Q”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. PREENCHENDO O TANQUE VERTICAL 
 
Inicialmente, habilite o cronometro. Clique com o botão esquerdo do mouse sobre ele. 
 
 
 
Note que o sistema do cronômetro será exibido na lateral esquerda da tela. O botão 
esquerdo do cronômetro inicia/para a contagem e o botão direito reinicia a contagem 
exibida no display. 
Acima do cronômetro é exibida uma escala de tempo. Essa ferramenta possibilita que o 
tempo seja contabilizado até 10x mais rápido que o normal. 
 
 
 
 
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Mude a visualização para o painel de controle, “Alt+2”. 
Ligue a bomba. Clique no botão esquerdo do mouse sobre o respectivo botão. 
 
 
 
Em seguida, defina a vazão da bomba configurando o potenciômetro. Clique com o 
botão esquerdo do mouse e arraste para o sentido horário. 
 
 
 
 
 
 
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A marcação branca serve de referência para o equipamento, quando a marcação não 
puder mais girar no sentido horário, a vazão será máxima. 
Volte a visualização para a bancada, “Alt+1” 
Cronometre o tempo necessário para encher o tanque vertical. Clique com o botão 
esquerdo do mouse no botão para iniciar a contagem. 
 
 
 
Um sensor de nível fica localizado na parte superior do tanque, quando o nível da água 
deslocar a boia do sensor, um comando será fornecido para a bomba, interrompendo 
sua operação e impedindo que o tanque vertical transborde. 
Zere o cronometro. Com o botão esquerdo clique no respectivo botão do cronômetro 
para zerar o valor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. CALCULANDO O COEFICIENTE DE DESCARGA 
 
Inicialmente, mova o bico de 10 mm para a torneira. Clique com o botão esquerdo do 
mouse sobre o bico de 10 mm. 
 
 
 
Escolha os valores de h1 e h2. Anote-os. 
Aproxime a visualização da escala do tanque para melhor visualização. Com o cursor do 
mouse sobre a graduação do tanque, aperte a tecla “Q”. 
 
 
 
 
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Abra a válvula para permitir a passagem da água para o tanque horizontal. Clique na 
válvula com o botão esquerdo do mouse. 
 
 
 
Logo em seguida, comece a cronometrar o tempo. Com o botão esquerdo do mouse, 
clique no botão indicado. 
 
 
 
 
 
 
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Preencha a tabela que está disponível na página 6 desse roteiro. Repita o procedimento 
5 vezes com intervalos diferentes. 
Com todos os dados preenchidos, calcule o coeficiente de descarga. A orientação para 
realizareste cálculo está na página 6 deste roteiro. 
Com toda a tabela preenchida, retire o bico de 10 mm da torneira. Clique na ponta da 
torneira com o botão esquerdo do mouse. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. ANALISANDO O ALCANCE HORIZONTAL 
 
Preencha novamente o tanque vertical. Caso tenha dúvida, volte para o passo 2 deste 
roteiro. Em seguida, repetindo o procedimento do passo 3, encaixe o bico de 10 mm na 
torneira. Agora, selecione um nível de referência. Esse valor deve estar entre 700 e 
300 mm. Para facilitar a visualização, aproxime a câmera da graduação em milímetros 
do tanque. Com o cursor do mouse sobre a escala, aperte a tecla “Q”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Encontre o valor do alcance horizontal. Primeiro, abra a torneira. Clique com o botão 
esquerdo do mouse sobre ela. 
 
 
 
Ligue a bomba. Com o botão esquerdo do mouse, clique no botão verde do painel de 
controle. 
 
 
 
 
 
 
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Utilize o potenciômetro para regular a vazão de entrada do tanque. O potenciômetro 
deve ser posicionado de forma que o nível do tanque vertical permaneça praticamente 
estável no valor escolhido como nível de referência. Clique com o botão esquerdo e 
arraste. 
 
 
 
Com o alcance horizontal estabilizado, desloque o acrílico de referência de forma que o 
jato esteja o mais próximo do acrílico sem que o jato esteja colidindo com o 
equipamento. Clique com o botão esquerdo do mouse e arraste a régua até o local 
correspondente. 
 
 
 
 
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Em seguida, preencha a tabela que está localizada no item 4 desse roteiro com o valor 
do alcance horizontal experimental para o diâmetro do orifício utilizado. 
Aplique a Equação 17 do Resumo Teórico para encontrar o coeficiente de velocidade, 
que utiliza os dados obtidos anteriormente na Tabela 5. Aplique também a Equação 3 
do resumo teórico para encontrar a velocidade real do jato livre, que utiliza os dados 
obtidos anteriormente na Tabela 5. 
Como é possível observar na imagem abaixo, a saída de água ocorre na marcação de 115 
mm. Em relação a altura vertical (H), que é a altura entre o centro do bico e a o plano 
de referência em que é realizada a medição do alcance horizontal, seu valor neste 
laboratório é igual a 145 mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
H= 1,45 mm 
 
 
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5. AVALIANDO OS RESULTADOS 
 
Siga para a seção “Avaliação dos Resultados”, neste roteiro, e responda de acordo com 
o que foi observado nos experimentos. 
 
Pré Teste
1) 
Qual o tipo de movimento a água realiza ao sair do tanque vertical para o tanque horizontal?
A) Movimento Circular Uniforme; 
B) Movimento Retilíneo Uniforme; 
C) Movimento Retilíneo Uniformemente Variado. 
2) 
Ao realizar a análise de um tanque cheio de água que se esvazia através de um orifício e 
desprezando a perda de carga no sistema responda: Quais energias deste sistema podem ser 
igualadas? 
A) Energia potencial gravitacional e Energia potencial elástica;
B) Energia potencial gravitacional e Energia cinética;
C) Energia potencial elástica e Energia cinética. 
A figura representa um tanque com um orifício por onde a água escoa. Desprezando a perdas de 
carga, encontre qual a velocidade teórica de saída da água no orifício.
Considere g=10 m/s2 e h=45 cm.
 
 
3) 
 
A) 30 metros por segundo;
B) 3 metros por segundo; 
C) 0,3 metros por segundo.
4) 
O Coeficiente de Descarga (Cd) é um fator de correção adimensional utilizado nos cálculos 
das propriedades do escoamento através de orifícios. Ele é aproximadamente constante para 
um determinado orifício de parede delgada (fina), e pode ser determinado 
experimentalmente. O coeficiente de descarga é composto pela multiplicação de dois outros 
coeficientes, eles são: 
A) Coeficiente de escoamento e Coeficiente de contração;
B) Coeficiente de velocidade e Coeficiente de contração;
C) Coeficiente de velocidade e Coeficiente de escoamento.
Um jato livre é formado pelo escoamento de água de um tanque por um determinado orifício, 
formando um lançamento oblíquo horizontal. Sabendo que a velocidade deste jato é de 3 5) 
m/s, que a gravidade é de 10 m/s2 e que a altura entre o centro do orifício e o solo é de 20 
cm, encontre o alcance horizontal do jato que sai do orifício.
A) 24 centímetros; 
B) 42 centímetros.
C) 60 centímetros. 
Experimento
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Pós Teste
1) Em relação a velocidade de saída do jato no orifício, encontrada durante a realização do 
experimento, responda: Qual foi o comportamento da velocidade com o aumento do 
diâmetro do orifício?
A) A velocidade aumentou com o aumento do diâmetro do orifício;
B) A velocidade diminuiu com o aumento do diâmetro do orifício;
C) A velocidade não foi alterada com o aumento do diâmetro do orifício.
2) Em relação aos coeficientes de descarga encontrados durante o experimento de jatos livres, 
assinale a opção correta.
A) Como a área da seção transversal do tanque vertical é constante, ela pode ser desprezada ao 
calcular o valor do coeficiente de descarga;
B) Para todos os intervalos de altura analisados, os coeficientes de descarga encontrados para os 
orifícios de 10 mm foram menores que os coeficientes de descarga encontrados para os 
orifícios de 4 mm;
C) Durante a realização dos experimentos, os valores dos coeficientes de descarga foram 
menores ou iguais a 0,5.
3) Em relação as vazões encontradas para cada orifício, assinale a opção CORRETA.
A) Para um mesmo orifício, quanto maior for a coluna de água maior será a vazão neste orifício;
B) A vazão em litros por minuto durante a realização dos experimentos não foi superior a 10 
litros por minuto;
C) Conhecendo a velocidade do fluido no orifício e a área do orifício, é possível determinar a 
vazão neste ponto.
4) Caso a gravidade do laboratório fosse duas vezes maior do que a gravidade utilizada durante 
o experimento, qual seria o comportamento do alcance horizontal encontrado nos jatos 
livres?
A) Seria duas vezes maior;
B) Seria duas vezes menor;
C) Não seria alterado.
5) Qual o diâmetro, entre os orifícios disponibilizados durante o experimento, que levaria o 
maior tempo para reduzir a coluna de água do tanque vertical até o nível do orifício?
A) 8 mm;
B) 4 mm;
C) 2 mm.