Enunciado

Quando uma válvula é subitamente fechada em um tubo em que escoa água, uma onda de pressão se desenvolve (martelo hidráulico ou golpe de aríete). As elevadas pressões geradas por essas ondas podem danificar o tubo. A pressão máxima, p m á x , gerada pelo martelo hidráulico é uma função da massa específica do líquido, ρ , da velocidade inicial do escoamento, U 0 , e do módulo de compressibilidade do líquido, E υ . Quantos grupos adimensionais são necessários para caracterizar o martelo hidráulico? Determine a relação funcional entre as variáveis em termos dos grupos Π necessários.

Passo 1

Nessa questão nós temos a relação funcional entre a pressão máxima experimentada em uma onda de golpe de aríete e outros parâmetros físicos. Com isso queremos encontrar o número de Π termos que caracterizam esse fenômeno e a relação funcional entre os termos Π .

Passo 2

sando o procedimento p i   de Buckingham temos que o número de parâmetros é:

n = 4

Selecionando as dimensões primárias M ,   L ,   t :

r = 3

E os parâmetros repetidos:

m = 2

Porque p m á x e E v têm as mesmas dimensões.

Passo 3

Então nós temos n   -   m   =   2 grupos sem dimensão. Configurando as equações dimensionais:

π 1 = p m á x . ρ a . U 0 b = M L . t 2 M L 3 a L t b = M 0 L 0 t 0    

Somando os expoentes:

M : 1 + a = 0

L : - 1 - 3 . a + b = 0

t : - 2 - b = 0

Temos que a solução do sistema é:

a = - 1

b = - 2

Então:

π 1 = p m á x ρ . U 0 2

Passo 4

Para o segundo grupo temos:

π 2 = E V . ρ a . U 0 b = M L . t 2 M L 3 a L t b = M 0 L 0 t 0    

Somando os expoentes:

M : 1 + a = 0

L : - 1 - 3 . a + b = 0

t : - 2 - b = 0

Temos que a solução do sistema é:

a = - 1

b = - 2

Então:

π 2 = E V ρ . U 0 2

Passo 5

Verificando usando as dimensões F ,   L ,   t :

F L 2 . L 4 F . t 2 . t 2 L 2 = 1

F L 2 . L 4 F . t 2 . t 2 L 2 = 1

A relação funcional é:

π 1 = f ( π 2 )

Então,

p m á x ρ . U 0 2 = f E V ρ . U 0 2

Resposta

π 1 = p m á x ρ . U 0 2

π 2 = E V ρ . U 0 2

p m á x ρ . U 0 2 = f E V ρ . U 0 2

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