Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 14.7 - Ex. 68
Água doce escoa horizontalmente do segmento de uma tubulação, com uma seção reta , para o segmento , com uma seção reta . A figura mostra um gráfico da relação entre a diferença de pressão em função do inverso do quadrado da área que seria esperada para uma vazão de certo valor se o escoamento fosse laminar em todas as circunstâncias. A escala do eixo vertical é definida por. Nas condições da figura, quais são os valores (a) de e (b) da vazão?
Passo 1
Fala galerinha bonita, tudo beleza?
Essa é uma questão de fluidos que está comparando dois pontos de um encanamento. De cara vamos usar as nossas duas ferramentas principais para casos como esses:
A equação de Bernoulli:
E a equação da continuidade:
Vamos ver se conseguimos fazer essas duas equações darem algum sentido para o gráfico.
Primeiro, isolando a diferença de pressões na equação de Bernoulli:
O enunciado fala que a água escoa “horizontalmente”, ou seja, não existe diferença de altura:
Passo 2
Como o gráfico do enunciado está em função de , vamos usar a equação da continuidade para tentar substituir isso na fórmula que acabamos de achar.
Isso permite dizer que:
Substituindo isso na fórmula que encontramos pela equação de Bernoulli:
E chegamos na função:
Pronto, essa é uma função de em função de , ou seja, é exatamente a função que está representada no gráfico.
Passo 3
Se chamarmos de o coeficiente angular da reta, e de o coeficiente linear, dá pra ver pela equação da reta que:
E
Sabemos que o coeficiente angular pode ser identificado no gráfico pelo ponto em que a reta cruza o eixo , nesse caso:
Passo 4
Agora olhe para o ponto em que a reta cruza o eixo , isso acontece no ponto , substituindo isso na nossa função:
E essa é a resposta da letra (a).
Passo 5
Agora, a letra (b) quer saber a vazão da tubulação. Vamos ver a fórmula para isso:
Como já sabemos e , vamos usar o último termo da igualdade:
Pronto!
Resposta
(a)
(b)