Enunciado

27. Um corpo caindo em um fluido relativamente denso, óleo, por exemplo, está sob a ação de trêsforças (veja a Figura 2.3.5): uma força de resistência R, um empuxo B e seu peso w devido àgravidade. O empuxo é igual ao peso do fluido deslocado pelo objeto. Para um corpo esféricode raio a se movimentando lentamente, a força de resistência é dada pela lei de Stokes, R =6πμa|υ|, em que υ é a velocidade do corpo e μ é o coeficiente de viscosidade do fluido.7(a) Encontre a velocidade limite de uma esfera sólida de raio a e densidade ρ caindolivremente em um meio de densidade ρ′ e coeficiente de viscosidade μ.(b) Em 1910, R. A. Millikan8 estudou o movimento de gotículas de óleo caindo em um campo elétrico. Um campo de intensidade E exerce uma força Ee em uma gotícula com carga e.Suponha que E foi ajustado de modo que a gotícula é mantida estacionária (υ = 0) e que w e Bsão dados como acima. Encontre uma expressão para e. Millikan repetiu esse experimentomuitas vezes e, a partir dos dados coletados, deduziu a carga de um elétron.

FIGURA 2.3.5 Um corpo caindo em um fluido denso.

Passo 1

Para resolver essa questão é sempre bom olhar pra o diagrama de forças

Assim podemos escrever que a força resultante é a soma das outras

F R = R + B - W

Se queremos a velocidade limite, logo a força resultante é nula ou seja

W = R + B

Passo 2

Vamos usar os dados de contorno do nosso sistema

  R   = 6 π μ a | υ |

w = ρ V g → ρ 4 3 π a 3 g

B = ρ ' V g → ρ ' 4 3 π a 3 g  

Assim nossa função fica

ρ 4 3 π a 3 g = ρ ' g 4 3 π a 3 + 6 π μ a v  

v = ρ 4 3 a 3 g - ρ ' g 4 3 a 3 6 μ a  

v = ρ 2 9 a 2 g - ρ ' g 2 9 a 2 μ  

Terminamos por aqui. Te vejo na próxima resolução

: )

Resposta

v = ρ 2 9 a 2 g - ρ ' g 2 9 a 2 μ  

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