Dinâmica dos fluidos

Transcrição

1 Guia mangá Dinâmica dos fluidos Autor: Masahiro Takei Arte: Mai Matsushita Produção: Office sawa novatec

2 Original Japanese edition Manga de Wakaru Ryuutai Rikigaku by Masahiro Takei and Office Sawa. Copyright 2009 by Masahiro Takei and Office Sawa. Published by Ohmsha, Ltd. 3-1 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, Japan Portuguese language edition copyright 2016 by Masahiro Takei and Office Sawa. Published by Novatec Editora Ltda. Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd. Publicação original japonesa Manga de Wakaru Ryuutai Rikigaku por Masahiro Takei e Office Sawa. Copyright 2009 por Masahiro Takei e Office Sawa. Publicado pela Ohmsha, Ltd. Edição em português copyright 2016 por Masahiro Takei e Office Sawa. Publicado pela Novatec Editora Ltda. Direitos de tradução negociados com a Ohmsha, Ltd. Novatec Editora Ltda Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei de 19/02/1998. É proibida a reprodução desta obra, mesmo parcial, por qualquer processo, sem prévia autorização, por escrito, do autor e da Editora. Editor: Rubens Prates Tradução: Ivan Luis Lopes Assistente editorial: Priscila A. Yoshimatsu Editoração eletrônica: Carolina Kuwabata e Camila Kuwabata Revisão gramatical: Priscila A. Yoshimatsu ISBN: Histórico de impressões: Março/2016 Primeira edição Novatec Editora Ltda. Rua Luís Antônio dos Santos São Paulo, SP Brasil Tel.: [email protected] Site: Twitter: twitter.com/novateceditora Facebook: facebook.com/novatec LinkedIn: linkedin.com/in/novatec PY

3 Sumário Prólogo Um sonho premonitório?! A garota oculta e a dinâmica dos fluidos 1 Capítulo 1 Propriedades e estática dos fluidos Sólidos e fluidos Tome um chá gelado Força e pressão Cozinhando com a panela de pressão Vamos dominar a equação do equilíbrio das forças Densidade e densidade relativa...25 O segredo do lámen Princípio de Pascal...28 Será que sou o Super-Homem?! A medição da pressão e a relação da altura da pressão Me leve para mergulhar O significado do Δ em Δp Velocidade e aceleração Manômetro Ação da pressão total sobre uma parede plana...39 Fascinados pelo aquário Empuxo...42 Por que os navios não afundam?...42 Capítulo 2 Equações básicas da corrente Diversos termos utilizados na dinâmica dos fluidos...50 Sem mudanças (Escoamento constante e escoamento instável) Mesma velocidade, mesma direção (Escoamento uniforme e escoamento não uniforme)...53 Surge a partícula de fluido! (Velocidade de escoamento e vazão)...55 Perseguir? Emboscar? (Método de Lagrange e método de Euler)...56 Aquela linha ou esta linha (Linhas de corrente, trajetória e tubo de corrente)...58 O que eu aprendi brincando com água (A força aplicada nos fluidos)...60 Vamos distribuir as cartas (Força de cisalhamento)...63 iv

4 2. Equação de continuidade...66 Não existe abdução?! (Lei da conservação das massas)...66 Sobre a equação de continuidade Teorema de Bernoulli Vamos andar na montanha-russa! (Lei da conservação da energia dos corpos) Viajando pela linha de corrente (A lei da conservação da energia dos fluidos e o teorema de Bernoulli)...72 A unidade de energia Pisei na mangueira! (Relação entre a velocidade e a pressão) Lei da conservação da quantidade de movimento...80 Vamos brincar com o pêndulo de Newton (Lei da conservação da quantidade de movimento)...80 Compreensão da lei da conservação da quantidade de movimento por meio do pêndulo de Newton Aplicando uma força externa (impulso)...83 Na sala secreta... (Lei da conservação da quantidade de movimento dos fluidos)...86 Capítulo 3 Escoamento laminar e escoamento turbulento Correntes que contêm viscosidade...96 É pastoso ou corre livremente? (Viscosidade)...98 Um cara chato que atrapalha a corrente?! (Força viscosa)...99 Acelerando e desacelerando (O mecanismo da força viscosa) Será uma ilusão? (Fluido ideal e fluido viscoso) Qual será o gradiente de velocidade? (Lei da viscosidade de Newton) Quão pegajoso? (Viscosidade e viscosidade dinâmica) A grande lei que mostra as características do escoamento?! (Número de Reynolds) Escoamento laminar e escoamento turbulento Observando a fumaça (Escoamento laminar e escoamento turbulento).113 Derramando tinta (O experimento de Reynolds) Ficou bêbado (Características do escoamento turbulento) v

5 3. O escoamento laminar dentro do cano O escoamento dentro do canudo (Velocidade média do escoamento e distribuição da velocidade do escoamento) Vamos olhar cuidadosamente para a equação! (Escoamentos que assumem a distribuição parabólica) A identidade da força misteriosa? (Diferença de pressão) Quero beber muuuito! (Relação entre a viscosidade absoluta e a vazão).126 Será que podemos beber o milk-shake com segurança? (Equação de Bernoulli estendida) Perda de pressão em um tubo flexível A água que sobra na banheira e o petróleo do mar Arábico?! Capítulo 4 Arrasto e sustentação Arrasto e sustentação sobre os corpos Por que os pássaros e os aviões podem voar? (Sustentação) Por que os veleiros avançam na direção do vento? (Aplicação da sustentação) Qual será o ponto em comum entre as asas e as velas? (Teorema da curvatura das linhas de corrente) O misterioso fenômeno da colher?! (Experimento de sustentação) Cansei de nadar (Arrasto) Um dilema difícil! (Coeficiente de arrasto e coeficiente de sustentação).157 Vamos estolar?! (Ângulo de ataque, separação) Forças que agem em corpos que giram Por que a bola curva faz curva? (Efeito Magnus) Naquele momento, a bola fez uma curva Separação da corrente Enrugado é melhor que liso?! (Redução da resistência do ar) Um evento assustador em um mundo pequeno?! (Separação) Epílogo 182 Referências bibliográficas Índice vi

6 Capítulo 1 Propriedades e estática dos fluidos

7 1 Sólidos e fluidos Tome um chá gelado Uaaaaau! Nós vamos estudar a dinâmica dos fluidos aqui?! É mais fácil aprender praticando. Por sorte eu consegui autorização pra usar a sala. Eu fiquei pensando no que faríamos aqui quando vi o recado que vocês deixaram no clube. Ah, é?! Que bacana, né?! Desculpe por não ter avisado antes. Então, vamos começar?

8 Capítulo 2 Equações básicas da corrente

9 1 Diversos termos utilizados na dinâmica dos fluidos O rio! o Verde! O canto dos pássaros! O campo é mesmo muito bom, né?! Pra Eki foi uma escolha bem refinada. Tem até um chalé! Vamos ficar todos juntos lá! Eu sei, Eu sei... Oooohh... Na verdade... aqui sempre aparecem coisas à noite. É um lugar famoso por aparições fantasmagóricas... Mal posso esperar! Hehehehe... Uá-há-há Ah! 50 Capítulo 2 Equações básicas da corrente

10 Capítulo 3 Escoamento laminar e Escoamento Turbulento

11 1 Correntes que contêm viscosidade O acampamento foi tão divertido...! Eu queria estudar a dinâmica dos fluidos com o pessoal numa viagem de novo... Ai, ai... E agora, "A corrente do rio não cessa"... Blam! A corrente do rio... é a dinâmica dos fluidos, não é, professora?! "e a água nunca é a mesma"! Isso significa que não existe abdução. A equação de alguma coisa... Opa?! O que era mesmo?!... e aí, eu não consegui mais tirar a dinâmica dos fluidos da cabeça HAHAHA e a aula de japonês foi terrível! 96

12 Capítulo 4 Arrasto e sustentação

13 1 Arrasto e sustentação sobre os corpos cri cri... Bem cri cri por enquanto acabou... Não, faltam só duas semanas para o simulado... Eu não tenho nada pra fazer mesmo... Vou estudar mais um pouco. Ai, ai... Hum? É do Shiraishi... ele nunca manda mensagem. Praia? Pac Vamos ve Capítulo 4 Arrasto e sustentação