Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Frank White - Mecânica dos Fluidos- Ed: 6º - Capítulo 1.Problemas - Ex. 19
A convecção de Marangoni ocorre quando uma superfície tiver uma variação na tensão superficial ao longo de seu comprimento. O número adimensional de Marangoni é uma combinação da difusividade térmica (em que é a condutividade térmica), da escala de comprimento , da viscosidade e da variação da tensão superficial. Se é proporcional a , encontre sua forma.
Passo 1
A questão quer que a gente encontre a forma da função , e fala que ela é adimensional. Vamos supor que essa função é homogênea, então se o lado esquerdo é adimensional, o lado direito também precisa ser, além disso o enunciado também fala que é proporcional a , então a função vai ter mais ou menos essa cara:
Sendo que não sabemos a cara de ainda.
Passo 2
Vamos primeiro pegar as dimensões de cada uma dessas grandezas separadas:
Onde é dimensão de força (newtons no caso do SI)
E para a difusividade térmica vamos precisar olhar a equação dela para descobrir suas dimensões:
Como no Si está em , a densidade em e o calor específico em , a expressão para fica:
Simplificando algumas coisas:
Passo 3
Agora que temos as dimensões de cada grandeza, precisamos fazer o lado direito da equação de ficar adimensional, podemos começar pelos produtos ou razões que mais fazem desaparecer as letras, tipo vezes :
Se simplificarmos sobra só dimensão de força:
Mas faltou , que tem em seu denominador, então não vai ser bom a gente colocar ela vezes o produto que acabamos de fazer, mas a razão talvez corte algumas coisas:
Quando simplificamos sobra só dimensão de comprimento. Só que se a gente lembrar como era a equação de , lá já tem algo proporcional a que tem dimensão de comprimento. Como queremos fazer ficar adimensional, podemos inverter a razão acima:
E colocar na equação de :
Pronto, repare que a parte de calculamos sobra só que corta com a dimensão do e deixa o lado direito adimensional, que era o que a gente queria, já que também é adimensional.
Essa é uma forma homogênea de escrever a função .