Dinâmica dos fluidos

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novatec

Dinâmica dos fluidos

Guia mangá

Autor: Masahiro Takei

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Published by Ohmsha, Ltd.

3-1 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, Japan

Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd.

Publicado pela Ohmsha, Ltd.

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

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iv

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

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v

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

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vi

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

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Capítulo 1

Propriedades e estática

dos fluidos

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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?

1 Sólidos e fluidos

Tome um chá gelado

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Capítulo 2

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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! Hehehehe... Eu sei, Eu sei...

Na verdade... aqui sempre aparecem coisas à noite. É um lugar famoso por

aparições fantasmagóricas... Mal posso esperar!

Ah!

1 Diversos termos utilizados

na dinâmica dos fluidos

Oooohh...

Uá-há-há

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Capítulo 3

Escoamento laminar e

Escoamento Turbulento

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Ai, ai...

O acampamento foi tão divertido...!

"A corrente do rio não cessa"...

"e a água nunca é a mesma"! Isso significa que não existe

abdução. A equação de alguma coisa... E agora, é a dinâmica dos fluidos, não é, professora?! Opa?! O que era mesmo?!

... e aí, eu não consegui mais tirar a dinâmica dos fluidos da cabeça

e a aula de japonês foi

terrível!

Eu queria estudar a dinâmica dos fluidos com o pessoal numa

viagem de novo...

1 Correntes que

contêm viscosidade

A corrente do rio... Blam! HAHAHA 96

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Capítulo 4

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cri cri cri cri por enquanto acabou... ... Bem Não, faltam só duas semanas para

o simulado...

Eu não tenho nada pra fazer

mesmo... Vou estudar mais

um pouco. Vamos ve... Hum? É do Shiraishi... ele nunca manda mensagem. ……… Praia?

1 Arrasto e sustentação

sobre os corpos

Ai, ai... Pac