Exercícios Resolvidos de Regimes da Força de Arraste: Fluxo Turbulento e Fluxo Viscoso.
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- Mostre que as velocidades terminais são diferentes para os regimes da força de arraste.
- Compare as velocidades e mostre que a força de arraste pode ser aproximada pela equação
Passo 1
a ) Vamos começar calculando para o fluxo turbulento, para isso basta a gente usar a segunda lei de Newton e encontrar a relação das forças:
A força de arraste para fluxo turbulento é dada pela expressão:
Assim:
Rearrumando:
Passo 2
Para o fluxo laminar a parada é um pouco diferente, a gente precisa pegar aquela equação geral e partir dela:
Pra velocidade terminal, a gente precisa do ponto em que .Se liga nessa ideia, se o tempo tende ao infinito o termo , tende a zero. Com isso a equação fica:
Aqui a gente mostra que as velocidades são diferentes dependendo do regime, pois dependem de fatores diferentes.
Passo 3
b) Vamos agora comparar as velocidades e fazer a análise. Para o fluxo turbulento encontramos:
Rearrumando :
Para simplificar faremos:
Para o fluxo laminar nós temos:
Olhando assim elas ficam bem parecidas, a diferença é o expoente e a constante que multiplica cada uma. Podemos dizer que :
A gente não pode simplesmente somar as duas forças de arraste, a aproximação da mesma é dada por uma função definida por partes. A gente vai juntar as duas partes que encontramos e assim:
Se o fluxo é laminar:
Se o fluxo é turbulento:
Quando as velocidades são baixas a função é linear, quando a velocidade aumenta, o efeito da turbulência faz aparecer o termo ao quadrado.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)