O jato d’água da figura abaixo atinge a placa fixa na normal. Despreze a gravidade e o atrito e calcule a força F, em newtons, necessária para manter a placa fixa.
Passo 1
Vamos começar escolhendo o volume de controle. Como estamos tratando de forças e a placa está sofrendo ação de forças ela deve ser englobada no nosso volume de controle, assim como o escoamento.
Sendo assim vamos escolher esse volume de controle:
Onde temos três superfícies em que o escoamento a atravessa perpendicularmente.
Como queremos a força e ela atua somente na direção , vamos montar a equação de momento apenas na direção .
Como vimos na teoria, a equação será:
Onde é a componente da velocidade do escoamento do fluido na direção , sendo assim como o escoamento do fluido que vai para cima e para baixo não tem componente na direção , temos que:
Assim a nossa equação fica assim:
Menos porque a força está atuando na direção contraria ao eixo .
O fluxo de massa a gente já viu que se velocidade e área são constantes, então:
Assim,
Sendo a densidade da água aproximadamente
Agora, voltando na equação da força temos: