Apostila de Física 16 Hidrodinâmica 1.0 Definições Hidrodinâmica Estudo dos fluidos em movimento. Escoamento turbulento A velocidade em cada ponto do fluido muda de instante para instante. Escoamento estacionário A velocidade em cada ponto do fluido não varia com o tempo. Linhas de corrente Trajetórias descritas pelas partículas de um fluido em regime estacionário. Fluido ideal: Incompressível A densidade do fluido não varia ao longo do percurso. Não-viscoso Não há dissipação de energia ao longo do trajeto. 2.0 Vazão Quantidade de volume de um fluido em um instante. Unidade metro cúbico por segundo (m³/s). Num tubo de seção constante, o volume é dado pela área da seção transversal vezes o deslocamento do fluido:
3.0 Equação da Continuidade Considere um tubo de seção transversal não-constante. O volume de fluido que atravessa a seção maior é igual ao que atravessa a seção menor, e vice-versa. A velocidade de escoamento é inversamente proporcional à área da seção transversal. 4.0 Equação de Bernoulli Considere um tubo de seção transversal, pressões, velocidades e alturas nãoconstantes. Efeito Bernoulli No trecho em que a velocidade é maior, a pressão é menor. Pressão estática. Pressão dinâmica. Caso particular h 1 = h 2 :
4.1 Fenômenos 4.2 Destelhamento A passagem de ar durante uma ventania faz com que a pressão na região logo acima do telhado se torne menor do que a pressão do ar abaixo deste. A diferença de pressão produz uma força ascensional que pode levantar o telhado, se este não estiver amarrado à estrutura da casa. Solução ventilar o espaço sob o telhado para que não haja diferença de pressão. 4.3 Vento Rasante numa Janela O ar que passa rente a uma janela origina uma diminuição da pressão em relação ao ambiente interno. Se a janela estiver aberta, uma cortina ali colocada desloca-se em direção à janela. 4.4 Bola de Pingue-pongue Suspensa por um Jato de Ar Uma bola pode ficar suspensa por um jato de ar. A pressão do ar em movimento em torno da bola é menor do que a pressão do ambiente (ar parado). Surge uma força que tende a trazer a bola para o centro do jato, quando esta é desviada dessa posição. 4.5 Efeito Magnus A trajetória de uma bola lançada em rotação é diferente de uma bola sem rotação. Efeito Magnus Diferença de pressão do ar entre as diferentes regiões junto à bola com rotação. Uma bola sem rotação descreve apenas o movimento de translação. Uma bola com rotação em movimento descreve os movimentos de rotação e translação Sua trajetória é obtida pela superposição destes 2 movimentos. Quanto mais lisa for a bola, menos ar ela arrasta e menos acentuado é o efeito Magnus. O local onde o sentido da translação da bola for ao contrário do sentido da rotação da bola possuirá uma velocidade menor e uma maior pressão. A direção e sentido da força resultante será aquela em que o sentido da rotação for igual ao da translação.
4.6 Aviões A asa de um avião é mais curva na parte de cima O ar passa mais rápido na parte de cima do que na de baixo. A pressão do ar em cima da asa será menor do que na parte de baixo, criando uma força de empuxo que sustenta o avião no ar. 4.7 Medidor de Venturi Se existir ar em movimento no interior do tubo, a pressão P é menor do que P 0, e aparecerá uma diferença na coluna de fluido do medidor. Conhecendo a densidade do fluido do medidor, a diferença de pressão é determinada. O medidor abaixo pode determinar a diferença de velocidade entre dois pontos de um fluido pelo mesmo princípio. Todos esses tipos de medidores são conhecidos como medidores de Venturi, em que: 4.8 Tubo de Pitot Instrumento que mede a velocidade de um fluido com extrema precisão Mais usado em aeronaves. D M Densidade do líquido manométrico. d Densidade do líquido escoante.
5.0 Equação de Torricelli Considere um recipiente cheio de fluido Faz-se um pequeno furo na parede lateral do recipiente. Utilizando a equação de Bernoulli, a velocidade horizontal com que o líquido escoa pelo orifício é: