Introdução à Mecânica dos Fluídos - Fox - McDonald - Pritchard - 8ª Edição

Cera
Creme de barbear
Alguns desses materiais apresentam características de ambos os comportamentos, de sólido e de fluido, sob condições diferentes.
Explique e dê exemplos.
1.2 Enuncie, com suas palavras, cada uma das cinco leis básicas de conservação apresentadas na Seção 1.4 aplicadas a um sistema.
Métodos de Análise
1.3 O cilindro de uma bomba de pneu de bicicleta fica quente durante o uso. Explique os mecanismos responsáveis pelo aumento de
temperatura.
1.4 Discuta a física do ricochete de uma pedra na superfície de um lago. Compare esses mecanismos com aqueles de uma pedra
quicando após ser atirada ao longo de uma rodovia.
1.5 Faça uma estimativa da ordem de grandeza da massa de arpadrão contida em uma sala de 3 m por 3 m por 2,4 m (por exemplo,
0,01; 0,1; 1,0; 10; 100 ou 1000 kg). Em seguida, calcule essa massa em kg para verificar como foi a sua estimativa.
1.6 Um tanque esférico de diâmetro interno igual a 500 cm contém oxigênio comprimido a 7 MPa e 25°C. Qual é a massa de oxigênio?
1.7 Partículas muito pequenas movendo­se em fluidos são conhecidas por sofrerem uma força de arrasto proporcional à velocidade.
Considere uma partícula de peso W abandonada em um fluido. A partícula sofre uma força de arrasto, F D = kV, em que V é a sua
velocidade. Determine o tempo necessário para a partícula acelerar do repouso até 95% de sua velocidade terminal, V t , em função de
k, W e g.
1.8 Considere novamente a partícula do Problema 1.7. Expresse a distância percorrida para ela atingir 95% de sua velocidade terminal
em função de g, k e W.
1.9 Um tanque cilíndrico deve ser projetado para conter 5 kg de nitrogênio comprimido a pressão de 200 atm (manométrica) e 20°C
deve ser projetado. As restrições do projeto são que o comprimento do tanque deve ser o dobro do diâmetro e a espessura das paredes
deve ser igual a 0,5 cm. Quais são as dimensões externas do tanque?
1.10 Em um processo de combustão, partículas de gasolina são soltas no ar a 93°C. As partículas devem cair pelo menos 25 cm em 1 s.
Encontre o diâmetro d das gotinhas necessário para isso. (O arrasto sobre essas partículas é dado por F D = 3 πμVd, na qual V é a
velocidade da partícula e μ é a viscosidade do ar. Para resolver esse problema, use uma planilha Excel.)
1.11 Para uma pequena partícula de isopor (16 kg/m 3 ) (esférica, com diâmetro d = 0,3 mm) caindo em ar­padrão a uma velocidade V, a
força de arrasto é dada por F D = 3πμVd, em que μ é a viscosidade do ar. Partindo do repouso, determine a velocidade máxima e o tempo
que a partícula leva para atingir 95% dessa velocidade. Trace um gráfico da velocidade em função do tempo.
1.12 Em um experimento para controle de poluição, diminutas partículas sólidas (massa típica 5 × 10 –11 kg) são abandonadas no ar. A
velocidade terminal das partículas de 5 cm é medida. O arrasto sobre as partículas é dado por F D = kV, em que V é a velocidade
instantânea da partícula. Encontre o valor da constante k. Encontre o tempo necessário para se atingir 99% da velocidade terminal.
1.13 Para o Problema 1.12, encontre a distância que as partículas viajam antes de atingirem 99% da velocidade terminal. Trace o
gráfico da distância viajada em função do tempo.
1.14 Uma praticante de voo livre, com uma massa de 70 kg, pula de um avião. Sabe­se que a força de arrasto aerodinâmico agindo
sobre ela é dada por F D = kV 2 , em que k = 0,25 N · s 2 /m 2 . Determine a velocidade máxima de queda livre da esportista e a velocidade
atingida depois de 100 m de queda. Trace um gráfico da velocidade em função do tempo da esportista, assim como em função da
distância de queda.
1.15 Para o Problema 1.14, considere que a velocidade horizontal da esportista seja 70 m/s. Como ela cai, o valor de k para a vertical
permanece como antes, mas o valor para o movimento horizontal é k = 0,05 N · s/m 2 . Faça cálculos e desenhe a trajetória 2D da
esportista.
1.16 Os ingleses aperfeiçoaram o arco e flecha como arma após o período Medieval. Nas mãos de um arqueiro hábil, a arma era
considerada precisa a distâncias de 100 metros ou mais. Considerando que a altitude máxima de uma flecha seja h = 10 m no trajeto
para um alvo a 100 m de distância do arqueiro, e desprezando a resistência do ar, estime a velocidade e o ângulo com os quais a flecha
deve deixar o arco. Trace os gráficos da velocidade e do ângulo de disparo como funções da altura h.
Dimensões e Unidades
1.17 Para cada grandeza física listada, indique as dimensões usando a massa como a dimensão primária, e dê as unidades SI e Inglesas