Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 4.6 - Ex. 57
A viabilidade de uma aeronave (na sigla em inglês para decolagem e aterrisagem vertical) para apenas um passageito está sendo analisada. O projeto preliminar utiliza um pequeno motor com uma alta razão potência/peso para acionamento de uma bomba de ar que aspira o ar através dos dutos a com uma velocidade de entrada a uma pressão estática manométrica de através das áreas de admissão que totalizam . O ar é descarregado verticalmente para baixo com uma velociade . Para um passageiro de , calcule a massa líquida máxima do equipamento para o qual esse pode decolar e pairar. (Veja a tabela para a massa específica do ar.)
Passo 1
Vamos começar com o mais básico, temos dutos com uma área total de , gerando uma pressão de .
Isso quer dizer que a força gerada pelos dutos é:
Além disso, a outra força que temos no sistema é o peso total:
Onde é a massa do equipamento.
Passo 2
Vamos olhar para a equação para a força resultante que gera o escoamento do ar:
Podemos calcular a taxa de escoamento de massa do sistema usando os dados do enunciado:
E agora vamos calcular a variação de velocidade nessa direção:
E projetando essa velocidade na direção vertical :
E a velocidade final (que já é paralela a direção ) é:
Que aparece com sinal negativo porque aponta para baixo. Agora nossa equação da força resultante fica:
Passo 3
O próximo passo é projetar as nossas forças na direção também:
E então:
Agora é só resolver para encontra a massa:
Resposta
A massa líquida máxima do equipamento pode ser .