Enunciado

5.98 Um tanque com água (20°C) a uma profundidade inicial y 0 = 1   m . O diâmetro do tanque é D = 250   m m , e um tubo de diâmetro d = 3   m m e comprimento L = 4   m , é anexado ao fundo do tanque. Para escoamento laminar um modelo razoável para o nível d água em função do tempo é

d y d t = - d 4 ρ g 32 D 2 μ L y                                 y 0 = y 0

Usando os métodos de Euler com passos temporais de 12 min e de 6 min:

(a) Estime a profundidade de água após 120 min, e calcule os erros comparados com a solução exata

y e x a t a t = y 0 e - d 4 ρ g 32 D 2 μ L t

(b) Trace um gráfico com os resultados do método de Euler e da solução exata.

Passo 1

Usando o método de Euler:

y n + 1 = y n + h f ( t n , y n )

Como,

f t n , y n = - d 4 ρ g 32 D 2 μ L y

e

t n + 1 = t n + h

E vamos pro nosso primeiro caso, onde o passo espacial é 12   m i n .

Então:

h = 12 min ⁡ = 720   s

Colocando tudo isso nas células do excel (e tomando bastante cuidado com as unidades pra nao se atrapalhar e errar)

y ( e u l e r ) = 0,48

Para calcular o erro:

e r r o = y e x a t a - y e u l e r y e x a t a × 100

e r r o = 2,59 %

Passo 2

E vamos para o segundo caso, onde o passo espacial é 6   m i n .

Então:

h = 6   m i n = 360   s

Colocando tudo isso nas células do excel:

y ( e u l e r ) = 0,49

Para calcular o erro:

e r r o = y e x a t a - y e u l e r y e x a t a × 100

e r r o = 1,27 %

Resposta

y ( e u l e r ) = 0,49

e r r o = 2,59 %

y ( e u l e r ) = 0,49

e r r o = 1,27 %

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