Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Brunetti - Mecânica dos Fluidos - Ed: 2º - Capítulo 1.Exercício - Ex. 17
Na figura, uma placa de espessura desprezível e área desloca-se com constante, na interface de dois fluidos, tracionada por uma força . Na parte superior, e o diagrama de velocidades é considerado linear. Na placa inferior, o diagrama é dado por . Pede-se:
- A tensão de cisalhamento na parte superior da placa em movimento;
- A tensão de cisalhamento na face inferior da mesma placa;
- A expressão do diagrama de velocidades no fluido superior;
- A expressão do diagrama de velocidades no fluido inferior ;
- A força que mantém a placa da base em repouso.
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.
A tensão de cisalhamenrto na parte superior é dada por:
Substituindo os valores do enunciado, temos que:
Passo 2
Para calcularmos a tensão na parte inferior podemos utilizar a seguinte relação:
Temos então que encontrar , que pode ser descrita como:
Logo:
Passo 3
A expressão para a velocidade em função de , por se tratar de um sistema linear, é dada por:
Podemos substituir as condições iniciais para encontrarmos os coeficientes:
Logo:
Temos também que:
Logo:
Portanto:
Passo 4
Na região do fluido inferior o sistema se comporta como uma parábola, logo:
Substituindo as condições iniciais, temos que:
Logo:
Temos também que:
Logo:
Outra relação que pode nos dar uma equação é a de que:
Como , temos que, no ponto :
Logo:
Resolvendo o sistema por substituição, temos que:
Logo:
A velocidade na parte inferior da placa será dada pela equação:
Passo 5
A força que mantem a base em repouso pode ser encontrada a partir da sua respectiva tensão de cisalhamento no ponto.
Temos que:
Logo: