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.
Exercícios relacionados
A janela do exemplo anterior foi substituída por um modelo adequado a baixas temperaturas, composto de duas placas de vidro de 7 mm de espessura afastadas entre si por um espaço de 7 mm preenchido com ar (condutividade térmica: 0,025 W/m
K). Qual é o percentual de redução na taxa de transferência de calor em relação à janela convencional? Considerar que o ar entre as placas permanece imóvel. Resposta: 70,8%.
O dióxido de carbono
a
difunde no ar a partir de uma superfície porosa com
de área, com taxa de
. A concentração de
é de
junto a superfície, e desprezível a uma distância de 5 cm desta. Determine a difusividade para estas condições, admitindo distribuição linear de concentração. (resposta
).
(LIENHARD 2.24) Heat flows steadily through a stainless steel wall of thickness
, with a variable thermal conductivity of
. It is partially insulated on the right side with glass wool of thickness
, with a thermal conductivity of
. The temperature on the left-hand side of the stainless stell is
and on the right-hand side if the glass wool is
. Evaluate
and
.
Considerando um dia sem vento, qual deveria ser a temperatura do exterior para que o rosto do morador estivesse na mesma temperatura indicada na condição anterior? Em função dos resultados obtidos, como você interpretaria o conceito de sensação térmica. Resposta:
.