Guia mangá Dinâmica dos fluidos Autor: Masahiro Takei Arte: Mai Matsushita Produção: Office sawa novatec
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. 2016. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610 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: 978-85-7522-481-6 Histórico de impressões: Março/2016 Primeira edição Novatec Editora Ltda. Rua Luís Antônio dos Santos 110 02460-000 São Paulo, SP Brasil Tel.: +55 11 2959-6529 Email: novatec@novatec.com.br Site: www.novatec.com.br Twitter: twitter.com/novateceditora Facebook: facebook.com/novatec LinkedIn: linkedin.com/in/novatec PY20160229
Sumário Prólogo Um sonho premonitório?! A garota oculta e a dinâmica dos fluidos 1 Capítulo 1 Propriedades e estática dos fluidos 11 1. Sólidos e fluidos... 12 Tome um chá gelado... 12 2. Força e pressão... 17 Cozinhando com a panela de pressão... 17 Vamos dominar a equação do equilíbrio das forças... 23 3. Densidade e densidade relativa...25 O segredo do lámen...25 4. Princípio de Pascal...28 Será que sou o Super-Homem?!...28 5. A medição da pressão e a relação da altura da pressão... 31 Me leve para mergulhar... 31 O significado do Δ em Δp... 35 Velocidade e aceleração... 36 Manômetro... 37 6. Ação da pressão total sobre uma parede plana...39 Fascinados pelo aquário...39 7. Empuxo...42 Por que os navios não afundam?...42 Capítulo 2 Equações básicas da corrente 49 1. Diversos termos utilizados na dinâmica dos fluidos...50 Sem mudanças (Escoamento constante e escoamento instável)... 52 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
2. Equação de continuidade...66 Não existe abdução?! (Lei da conservação das massas)...66 Sobre a equação de continuidade... 70 3. Teorema de Bernoulli... 71 Vamos andar na montanha-russa! (Lei da conservação da energia dos corpos)... 71 Viajando pela linha de corrente (A lei da conservação da energia dos fluidos e o teorema de Bernoulli)...72 A unidade de energia... 75 Pisei na mangueira! (Relação entre a velocidade e a pressão)...76 4. 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... 81 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 95 1. 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)... 100 Será uma ilusão? (Fluido ideal e fluido viscoso)... 104 Qual será o gradiente de velocidade? (Lei da viscosidade de Newton)... 106 Quão pegajoso? (Viscosidade e viscosidade dinâmica)...110 A grande lei que mostra as características do escoamento?! (Número de Reynolds)... 111 2. Escoamento laminar e escoamento turbulento...113 Observando a fumaça (Escoamento laminar e escoamento turbulento).113 Derramando tinta (O experimento de Reynolds)...115 Ficou bêbado (Características do escoamento turbulento)...116 v
3. O escoamento laminar dentro do cano...117 O escoamento dentro do canudo (Velocidade média do escoamento e distribuição da velocidade do escoamento)...117 Vamos olhar cuidadosamente para a equação! (Escoamentos que assumem a distribuição parabólica)... 120 A identidade da força misteriosa? (Diferença de pressão)... 122 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)... 128 Perda de pressão em um tubo flexível...134 A água que sobra na banheira e o petróleo do mar Arábico?!...138 Capítulo 4 Arrasto e sustentação 139 1. Arrasto e sustentação sobre os corpos... 140 Por que os pássaros e os aviões podem voar? (Sustentação)... 143 Por que os veleiros avançam na direção do vento? (Aplicação da sustentação)... 146 Qual será o ponto em comum entre as asas e as velas? (Teorema da curvatura das linhas de corrente)...149 O misterioso fenômeno da colher?! (Experimento de sustentação)... 153 Cansei de nadar (Arrasto)... 155 Um dilema difícil! (Coeficiente de arrasto e coeficiente de sustentação).157 Vamos estolar?! (Ângulo de ataque, separação)...161 2. Forças que agem em corpos que giram... 163 Por que a bola curva faz curva? (Efeito Magnus)... 163 Naquele momento, a bola fez uma curva...167 3. Separação da corrente... 172 Enrugado é melhor que liso?! (Redução da resistência do ar)... 172 Um evento assustador em um mundo pequeno?! (Separação)...174 Epílogo 182 Referências bibliográficas... 193 Índice... 194 vi