Determine a potência (taxa de variação da energia) necessária para que um patinador de gelo se mova sobre uma lâmina com uma velocidade de 30mph. 0 peso do patinador é de 100 lbf e está uniformemente distribuído sobre as áreas das lâminas, cujas dimensões são 5 por 0,118 in. Suponha que a película de água possua espessura de 0,02 in e viscosidade de
. (resposta
).
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um patinador de gelo que pesa 100 lbf e quer se mover sobre as lâminas com uma velocidade de 30 mph. Precisamos determinar a potência necessária para isso. Para resolver, vamos usar conceitos de física relacionados à viscosidade e força de atrito em fluidos. Vamos precisar das dimensões das lâminas, da espessura da película de água e da viscosidade fornecida.
Passo 2
Primeiro, vamos converter todas as unidades para o sistema imperial consistente. A velocidade está em milhas por hora (mph), as dimensões das lâminas e a espessura da água estão em polegadas (in), e a viscosidade está em lbfs/ft².
- Velocidade (V): 30 mph
- Dimensões das lâminas: 5 in x 0,118 in
- Espessura da água (h): 0,02 in
- Viscosidade (η):
Vamos converter a velocidade de mph para ft/s, já que outras unidades estão em pés.
Passo 3
Agora, vamos calcular a área das lâminas em pés quadrados. As dimensões estão em polegadas, então precisamos converter para pés.
Passo 4
Vamos calcular a força viscosa (F) que precisa ser superada para manter a velocidade constante. A fórmula para a força viscosa é:
Onde:
-
é a viscosidade -
é a área -
é a velocidade -
é a espessura da película
Primeiro, convertemos a espessura da água para pés:
Agora, aplicamos os valores na fórmula:
Passo 5
Vamos calcular passo a passo:
Primeiro, calcule a razão
:
Agora, multiplique todos os termos:
Resposta
A potência necessária para o patinador se mover sobre a lâmina a 30 mph é aproximadamente
lbf.