Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 14.9 - Ex. 50
Dois riachos se unem para formar urn rio. Um dos riachos tem um largura de , uma profundidade de e a velocidade da água é . Outro riacho tem de largura , de profundidade e a velocidade da água é . Se o rio tem uma largura de e a velocidade da água é qual é a profundidade do rio?
Passo 1
Primeiramente, de acordo com a equação da continuidade, quando um fluido incompressível ( constante) passa por seções transversais de áreas e com velocidades iguais a e (respectivamente), e o escoamento é estacionário (velocidade do fluido em cada ponto dele é constante) a seguinte igualdade ocorre:
Passo 2
Vamos aplicar o conceito por trás da equação da continuidade nessa questão. Para isso, precisamos lembrar que essa equação denota a conservação da massa de um fluido que escoa por um sistema de forma estacionária e incompressível.
Assim, considerando que a soma das massas de fluido que passam pelos dois riachos iniciais com velocidades e deve ser igual à massa de fluido que atravessa o riacho com velocidade , temos:
Sendo , e as massas de fluido que passam pelos riachos com as velocidades de mesmo índice.
Passo 3
Assim, temos:
Tal que , e são as áreas transversais de cada rio.
Substituindo os valores do enunciado na expressão acima, considerando a altura do rio à direita, temos:
Isolando na expressão acima, encontramos: