Mecânica dos Fluidos Unidade 1- Propriedades Básicas dos Fluidos
Quais as diferenças fundamentais entre fluido e sólido? Fluido é mole e deformável Sólido é duro e muito pouco deformável
Os conceitos anteriores estão corretos! Porém não foram expresso em uma linguagem científica e nem tão pouco compatível ao dia a dia da engenharia.
Passando para uma linguagem científica: A diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada com a estrutura molecular, já que para o sólido as moléculas sofrem forte força de atração, isto mostra o quão próximas se encontram e é isto também que garante que o sólido tem um formato próprio, isto já não ocorre com o fluido que apresenta as moléculas com um certo grau de liberdade de movimento, e isto garante que apresentam uma força de atração pequena e que não apresentam um formato próprio.
Primeira classificação dos fluidos: Líquidos apesar de não ter um formato próprio, apresentam um volume próprio, isto implica que podem apresentar uma superfície livre.
Primeira classificação dos fluidos (continuação): Gases e vapores além de apresentarem forças de atração desprezível, não apresentarem nem um formato próprio e nem um volume próprio, isto implica que ocupam todo o volume a eles oferecidos.
Outro fator importante na diferenciação entre sólido e fluido: O fluido não resiste a esforços tangenciais por menores que estes sejam, o que implica que se deformam continuamente. F
Outro fator importante na diferenciação entre sólido e fluido (continuação): Já os sólidos, a serem solicitados por esforços, podem resistir, deformar-se e ou até mesmo cisalhar.
Princípio de aderência observado na experiência das duas placas: As partículas fluidas em contato com uma superfície sólida têm a velocidade da superfície que encontram em contato. F v = constante v V=0
Gradiente de velocidade: dv dy representa o estudo da variação da velocidade no meio fluido em relação a direção mais rápida desta variação. y v = constante v V=0
Dando continuidade ao nosso estudo, devemos estar aptos a responder: Quem é maior 8 ou 80?
Para a resposta anterior... Deve-se pensar em definir a grandeza qualitativamente e quantitativamente. Qualitativamente a grandeza será definida pela equação dimensional, sendo esta constituída pela base MLT ou FLT, e onde o expoente indica o grau de dependência entre a grandeza derivada e a grandeza fundamental (MLT ou FLT)
A definição quantitativa depende do sistema de unidade considerado Por exemplo, se considerarmos o Sistema Internacional (SI) para a mecânica dos fluidos, temos como grandezas fundamentais: M massa kg (quilograma) L comprimento m (metro) T tempo s (segundo)
As demais grandezas são denominadas de grandezas derivadas: F força N (newton) [F] = (M*L)/T 2 V velocidade m/s [v] = L/T dv/dy gradiente de velocidade hz ou 1/s -1 dv LT T -1 = = dy L = 1 T
Um outro sistema bastante utilizado até hoje é o MK*S Nele as grandezas fundamentais adotadas para o estudo de mecânica dos fluidos são: F força kgf (1 kgf = 9,8 N) L comprimento m metro T tempo s (segundo)
Algumas grandezas derivadas no MK*S: M massa utm (1 utm = 9,8 kg) M = F T L 2 ρ - massa específica kg/m³ - ρ = M F T = 3 4 L L 2
Lei de Newton da viscosidade: Para que possamos entender o valor desta lei, partimos da observação de Newton na experiência das duas placas, onde ele observou que após um intervalo de tempo elementar (dt) a velocidade da placa superior era constante, isto implica que a resultante na mesma é zero, portanto isto significa que o fluido em contato com a placa superior origina uma força de mesma direção, mesma intensidade, porém sentido contrário a força responsável pelo movimento. Esta força é denominada de força de resistência viscosa - F µ
Determinação da intensidade da força de resistência viscosa: F =τ A µ contato Onde τ é a tensão de cisalhamento que será determinada pela lei de Newton da viscosidade.
Enunciado da lei de Newton da viscosidade: A tensão de cisalhamento é diretamente proporcional ao gradiente de velocidade. dv α τ dy
Constante de proporcionalidade da lei de Newton da viscosidade: A constante de proporcionalidade da lei de Newton da viscosidade é a viscosidade dinâmica, ou simplesmente viscosidade - µ τ = µ dv dy
A variação da viscosidade é muito mais sensível à temperatura: Nos líquidos a viscosidade é diretamente proporcional à força de atração entre as moléculas, portanto a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Nos gases a viscosidade é diretamente proporcional a energia cinética das moléculas, portanto a viscosidade aumenta com o aumento da temperatura.
Segunda classificação dos fluidos: Fluidos newtonianos são aqueles que obedecem a lei de Newton da viscosidade; Fluidos não newtonianos são aqueles que não obedecem a lei de Newton da viscosidade. Observação: só estudaremos os fluidos newtonianos
Para o nosso próximo encontro: 1. Desconfiando que a gasolina utilizada no motor de seu carro está adulterada, o que você faria para confirmar esta desconfiança? (esta deve ser entregue no início do próximo encontro) 2. Para se calcular o gradiente de velocidade o que se deveria conhecer? (esta representará o início do próximo encontro)