Enunciado

Um projétil é disparado em um gás (de razão de calores específicos k = 1,625), no qual a pressão é 450 kPa (absoluta) e a massa específica é 4,5 kg/m³. Observa-se experimentalmente que um cone de Mach surge do projétil com ângulo total de 25º. Qual é a velocidade do projétil em relação ao gás?

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem?

Consideremos:

    k = 1,625         α = 25 0       P = 450   k P a         ρ = 4,5 k g m 3     |

Passo 2

Sabemos que a velocidade do som:

c = k R T

E que a velocidade do projétil depende da velocidade do som, de modo que:

V = M c

Para a velocidade do som, não sabemos a temperatura nem a altitude do projétil e nem a constante R, porém podemos analisa-la em outra relação:

P = ρ R T

Podemos então, reescrever:

R T = P ρ

Portanto:

c = k P ρ = 1,625 * 450 * 10 3 4,5 = 403,1 m s

Passo 3

O número de Mach pode ser encontrado pela relação com o ângulo α :

α = a s e n 1 M     →     M = 1 s e n α       →     M = 4,62

Por fim, podemos descobrir o valor da velocidade do projétil em relação ao gás:

V = 403,1 * 4,62 = 1862 m s

Resposta

Portanto:

V = 1862 m s

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