Questão 8. (2,0) Considere um escoamento bidimensional descrito pelo seguinte campo de velocidade:
Com base neste campoo de velocidade, responda às seguintes questões:
(b) Determine as componentes de translação do escoamento.
(b) Encontre vorticidade do escoamento e verifique se há rotação.
(d) Calcule a taxa de deformação ção linear ao longo dos eixos e y.
Boa Avaliação
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um escoamento bidimensional descrito pelo campo de velocidade . Nosso objetivo é:
Determinar as componentes de translação do escoamento.
Encontrar a vorticidade do escoamento e verificar se há rotação.
Calcular a taxa de deformação linear ao longo dos eixos e .
Para isso, vamos precisar usar conceitos de mecânica dos fluidos como campo de velocidade, vorticidade e tensor de deformação. Vamos resolver cada parte passo a passo!
Passo 2
(b) Determinar as componentes de translação do escoamento.
Primeiro, vamos entender o que são as componentes de translação. Em um campo de velocidade, a translação se refere ao movimento uniforme do fluido, ou seja, se todas as partículas estão se movendo na mesma direção e com a mesma velocidade.
Olhando para o campo de velocidade:
Repare que não há termos constantes, apenas termos que dependem de e . Isso indica que não há uma translação pura; o movimento depende das posições e . Portanto, as componentes de translação são zero.
Passo 3
(b) Encontrar a vorticidade do escoamento e verificar se há rotação.
A vorticidade é uma medida da tendência das partículas do fluido em girar em torno de um ponto. Para um escoamento bidimensional, a vorticidade é calculada pela diferença das derivadas parciais das componentes da velocidade:
Vamos calcular cada derivada:
Primeira, :
Segunda, :
Agora, substituindo na fórmula da vorticidade:
Como a vorticidade , isso indica que há rotação no escoamento.
Passo 4
(d) Calcular a taxa de deformação linear ao longo dos eixos e .
A taxa de deformação linear descreve como o fluido está se esticando ou comprimindo nas direções e . Para um escoamento bidimensional, a taxa de deformação pode ser representada pelo tensor de deformação:
Vamos calcular cada termo:
:
:
:
:
Agora, substituindo na matriz de deformação:
Portanto, a taxa de deformação linear ao longo dos eixos e são 3 e 4, respectivamente, com uma taxa de cisalhamento de 0.5.
Resposta
As componentes de translação do escoamento são zero. A vorticidade do escoamento é , indicando que há rotação. A taxa de deformação linear ao longo dos eixos e são, respectivamente, 3 e 4, com uma taxa de cisalhamento de 0.5.