Na figura abaixo, a pá fixa desvia o jato d’água em uma meia-volta completa. Encontre uma expressão para a velocidade máxima do jato se a máxima força possível do suporte é .
Passo 1
Qual é o primeiro passo??
Escolher o volume de controle, muito bem. É necessário que esse volume de controle englobe o escoamento e a pá. Assim uma boa opção é:
Passo 2
Beleza, agora o segundo passo é montar a equação de momento linear para o eixo desejado, que nesse caso é o eixo .
O interessante nessa questão é você perceber que o fluxo de massa que entra é exatamente o mesmo que sai. Para isso é necessária que área de entrada e saída seja a mesma e isso confere .
Além disso, é preciso ter a velocidade igual, o que também confere, . Na vazão o sentido não importa, apenas o módulo da velocidade.
Assim, temos:
Agora sim, o sentido da velocidade importa, como adotamos o sentido positivo para a direita temos que a velocidade de saída é negativa.
Agora vamos abrir a vazão mássica.
O que a gente quer é a velocidade , sabendo que a força aplicada é , então temos:
Isolando a velocidade: