Enunciado

Tanques de água cilíndricos são frequentemente encontrados no topo de altos prédios. Quando um tanque é cheio com água, o fundo do tanque normalmente deflete sob o peso da água que está dentro do tanque. A deflexão, δ, é uma função do diâmetro do tanque,

D, da altura da coluna de água, h, da espessura do fundo do tanque, d, do peso específico da água, γ, e do módulo de elasticidade do material do tanque, E. Determine a relação funcional entre estes parâmetros usando grupos adimensionais.

Passo 1

Vamos lá!! Aqui a gente quer relacionar a deflexão sob o peso da água em um tanque de água com outros parâmetros relevantes dados no enunciado, então δ esta em função de:

δ = f ( D , h , d , γ , E )

Então ficamos com:

n = 6

Bora encontrar essa relação!!

Passo 2

Agora a gente precisa listar as dimensões primárias de cada parâmetro!

Aqui vai ser mais interessante usar o conjunto de dimensões fundamentais F L t , mas da pra fazer com M L t também!

δ = L 1 ; D = L 1 ; h = L 1 ;   d = L 1 ;

γ = F 1 L - 3 ; E = F 1 L - 2

A gente usou as dimensões F e     L , então:

r = 2

Passo 3

Como vimos que r = 2 temos que selecionar 2 parâmetros dentro dos nossos parâmetros relevantes, que vão ser os parâmetros repetidos.

Relembando nossos parâmetros relevantes:

δ = f ( D , h , d , γ , E )

δ é o parâmetro dependente, então a gente já exclui ele!

D , h e d tem a mesma dimensão, então só podemos escolher um dos três! Vamos ficar com D !

γ e E tem as mesmas dimensões, então não faz diferença qual escolhemos! Vou escolher γ .

Ficamos com:

D   e   γ

Esses vão ser nossos parâmetros repetidos.

Passo 4

A gente tem:

m = r = 2

E:

n = 6

Então ficamos com:

n - m = 6 - 2 = 4

Logo vamos achar dois quatro grupos π , então mãos a obra!!

Passo 5

Agora sim, vamos encontrar o nosso primeiro grupo π !!

Começando com o π 1 , onde vamos usar o   δ :

π 1 = 1 = { ( δ ) × D a × γ b }

Escrevendo suas dimensões básicas:

π 1 = F 0 L 0 t 0 = { ( L 1 ) × L 1   a × F 1 L - 3 b }

Vamos equacionar:

Força:

F 0 = F b

b = 0

Comprimento:

L 0 = L 1 × L a  

0 = 1 + a - 3 b

0 = 1 + a

a = - 1

Substituindo:

π 1 = { ( δ ) × D - 1 × γ 0 }

Arrumando:

π 1 = δ D

Maaaas, a dimensão de δ é a mesma que h e d !! Então podemos escrever π 2 e π 3 :

π 2 = h D

π 3 = d D

Passo 6

Agora vamos achar o último π ,   o π 4 , agora a relação vai ser com E :

π 4 = 1 = { ( E ) × D a × γ b }

Escrevendo suas dimensões básicas:

4 π 1 = F 0 L 0 t 0 = { ( F 1 L - 2 ) × L 1   c × F 1 L - 3 d }

Vamos equacionar:

Força:

F 0 = F 1 × F d

d = - 1

Comprimento:

L 0 = L - 2 × L c × L - 3 d  

0 = - 2 + c - 3 d

0 = - 2 + c + 3

c = - 1

Substituindo:

π 4 = { ( E ) × D - 1 × γ - 1 }

Arrumando:

π 4 = E D γ

Passo 7

Agora vamos relacionar os grupos π   :

O π 1 é o grupo adimensional dependente, porque nele usamos δ que é o parâmetro dependente, então temos:

π 1 = f ( π 2 , π 3 , π 4 )

Que é o mesmo que:

δ D = f h D , d D , E D γ

Isolando   δ :

δ = D   f h D , d D , E D γ

Uhuuuul!!!

Resposta

δ = D   f h D , d D , E D γ

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