(Adaptada) Em um escoamento sobre uma placa plana, a velocidade do fluido em contato com a superfície sólida é zero, embora o fluido esteja em movimento. A condição de não escorregamento é uma característica de todos os escoamentos de fluidos
(A) ideais
(B) compressíveis
(C) não newtonianos
(D) viscosos
Passo 1
E aí! Que bom que você veio aqui :D Esse é um exercício de concurso que checa como estamos na teoria. Afinal, a condição de não escorregamento (ou não deslizamento) vale para qual tipo de fluido?
Primeiro, vamos lembrar quem é essa condição de não escorregamento:
Traduzindo essa equação para o português:
A velocidade do fluido na parede é igual a velocidade da parede, ou seja, a camada de fluido que está diretamente em contato com a parede não desliza, não escorrega, ela mantém a velocidade que a parede está
Passo 2
E agora, vamos analisar uma alternativa de cada vez. o/
A letra (A) fala sobre fluidos ideais, ou seja, fluidos com:
- propriedades uniformes (homogêneas)
- incompressíveis (massa específica constante)
- invíscidos (viscosidade desprezível)
Um fluido invíscido possui viscosidade aproximadamente zero.
Como a viscosidade é uma propriedade relacionada à resistência do fluido ao escoamento, quando , então quase não há resistência para escoar.
Com isso, mesmo que a parede esteja parada, o fluido vai conseguir escoar com sua própria velocidade, porque o atrito será quase nulo. Ou seja, a camada de fluido em contato com a parede vai ter uma velocidade diferente em relação a ela. Conclusão: fluidos ideais deslizam
Logo, fluidos ideais não satisfazem a condição de não deslizamento. Descartamos a alternativa (A).
A alternativa (B) fala de fluidos compressíveis:
Nos fluidos compressíveis, a massa específica varia. Como vimos na alternativa (A), a característica que influencia na velocidade do escoamento é a viscosidade, pois ela está relacionada à resistência ao escoamento (ao atrito!)
A massa específica variar diz respeito a massa e volume ocupado pelo fluido, o que não altera a velocidade do fluido na parede. Então, eliminamos a alternativa (B).
Estamos chegando lá! E os fluidos não newtonianos da letra (C)?
Os fluidos não newtonianos não seguem a Lei de Newton da Viscosidade, ou seja:
Isso significa que em fluidos não newtonianos a tensão cisalhante não é diretamente proporcional à taxa de deformação . Então, nesse tipo de fluido, a viscosidade pode variar.
Além disso, fluidos não newtonianos podem ser compressíveis ou incompressíveis, viscosos ou não viscosos. Então, não podemos afirmar que a condição de não escorregamento é válida para todo fluido não newtoniano. Por isso, a resposta não é a letra C.
Finalmente, chegamos na letra D! Por eliminação sabemos que ela está certa. Mas por que a condição de não-deslizamento é válida para todos os fluidos viscosos?
Isso acontece pois fluidos viscosos possuem , ou seja, há resistência ao escoamento, temos atrito. Por conta dessa resistência, a camada de fluido mais próxima à parede vai ficar com a mesma velocidade da parede.
Como está acontecendo um escoamento, vamos ter uma distribuição de velocidade, em que as camadas acima desta ficam com velocidades maiores, até atingir um valor máximo. Se tiver outra parede em cima, a distribuição de velocidade seria algo parecido com isso:
Então, a condição de não escorregamento é válida para todo fluido viscoso.
Resposta
Alternativa (D) Viscosos