Calcule a força requerida para manter o tampão fixo na saída do tubo de água. A vazão é
e a pressão a montante é
. Desconsidere a atuação da força de campo.
Passo 1
Vamos calcular a força que precisa ser aplicada para manter um tampão fixo na saída de um tubo de água. Temos que a vazão da água é de
e a pressão antes do tampão é de
. Para resolver isso, vamos usar conceitos de mecânica dos fluidos, especialmente relacionados à pressão e força.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a relação entre força, pressão e área. A força (
) exercida por um fluido pode ser calculada pela fórmula:
onde:
-
é a força, -
é a pressão, -
é a área sobre a qual a pressão atua.
Passo 3
No entanto, não temos a área diretamente. Para encontrar a área, precisamos relacionar a vazão (
) com a velocidade (
) do fluido. A vazão é dada por:
Passo 4
Rearranjando essa equação para encontrar a área (
):
Passo 5
Agora, precisamos encontrar a velocidade do fluido (
). Podemos usar uma forma simplificada da equação de Bernoulli, que relaciona a pressão com a velocidade:
onde:
-
é a densidade da água (aproximadamente ).
Passo 6
Resolvendo para
:
Passo 7
Substituindo os valores conhecidos:
Passo 8
Agora, calculamos a área (
):
Passo 9
Finalmente, calculamos a força (
):
Resposta
A força necessária para manter o tampão fixo na saída do tubo de água é aproximadamente
.