1.3.21 Selecionar a conclusão incorreta. Forças de cisalhamento aparentes
(a) dependem da troca de quantidade de movimento entre as moléculas;
(b) podem existir devido à coesão quando o fluido está em repouso;
(c) dependem das forças de coesão;
(d) nunca podem existir quando o fluido está em repouso;
(e) nunca podem existir num fluido sem viscosidade, não importando o movimento.

Passo 1

O enunciado pede: selecionar a conclusão INCORRETA entre as alternativas (a) a (e) sobre “forças de cisalhamento aparentes”. As alternativas são:
(a) dependem da troca de quantidade de movimento entre as moléculas;
(b) podem existir devido à coesão quando o fluido está em repouso;
(c) dependem das forças de coesão;
(d) nunca podem existir quando o fluido está em repouso;
(e) nunca podem existir num fluido sem viscosidade, não importando o movimento.
Não há outros dados numéricos — a tarefa é analisar cada afirmação e ver qual delas é falsa.

Passo 2

O que são, fisicamente, “forças de cisalhamento aparentes”? Vou explicar devagar e com exemplo mental.
  • Imagine um fluido dividido em camadas horizontais. Se uma camada tenta deslizar sobre a outra, surge uma força tangencial entre elas: isso é uma força de cisalhamento (ou tensão de cisalhamento).
  • Na linguagem macroscópica de fluidos, a contribuição típica que gera essa força quando há movimento relativo é a viscosidade. A lei mais simples (fluido newtoniano) diz que a tensão de cisalhamento \tau é proporcional ao gradiente de velocidade:
\tau = \mu\,\frac{du}{dy},
onde \tau é a tensão de cisalhamento (força por área), \mu é a viscosidade do fluido, u é a velocidade na direção do escoamento e y é a coordenada perpendicular às camadas. Vou explicar cada símbolo: \mu mede a “resistência” interna do fluido ao deslizamento; \dfrac{du}{dy} é a rapidez com que a velocidade muda de uma camada para outra.
Essa fórmula mostra a origem viscosa: a interação molecular (troca de quantidade de movimento entre moléculas) provoca a transmissão de momento entre camadas — é a causa da tensão de cisalhamento devido ao escoamento.

Passo 3

Mas existe outro tipo de origem para forças tangenciais que “parecem” cisalhamento quando olhamos o sistema: as forças de coesão/adesão (interações intermoleculares, tensão superficial, aderência ao sólido).
  • Coesão refere-se às atrações entre moléculas do próprio líquido; adesão refere-se à atração entre líquido e sólido. Essas forças podem criar tracionamento tangencial em superfícies, por exemplo numa gota que liga duas placas ou numa película líquida que “puxa” as bordas.
  • Essas forças não vêm da viscosidade nem de um gradiente de velocidade; vêm da interação molecular de curto alcance (tensão superficial, adesão). Em muitas situações macroscópicas elas se manifestam como forças tangenciais aparentes na interface ou na região de contato.
Portanto há duas fontes distintas de “forças tangenciais aparentes”: (i) transporte de momento entre camadas (viscosidade — origem dinâmica) e (ii) forças intermoleculares/cohesivas (origem estática/ interfacial).

Passo 4

Analisando a alternativa (a): “dependem da troca de quantidade de movimento entre as moléculas.”
  • Comentário didático: essa frase descreve precisamente a origem viscosa do cisalhamento. Quando camadas têm velocidades diferentes, moléculas que passam de uma camada para outra carregam momento e transmitem força; é essa troca que dá a lei \tau=\mu\,du/dy.
  • Conclusão: (a) é verdadeira (correta).

Passo 5

Analisando a alternativa (b): “podem existir devido à coesão quando o fluido está em repouso.”
  • Comentário didático: mesmo sem movimento relativo (fluid at rest), forças intermoleculares (coesão/tensão superficial/adesão) podem produzir tração tangencial ao longo de superfícies ou em regiões de contato — pense numa pequena ponte líquida entre duas placas: a ponte mantém uma força tangencial entre as placas mesmo sem fluxo. Essas forças são de origem coesiva/adesiva, não viscosa.
  • Conclusão: (b) é verdadeira: é possível haver forças tangenciais aparentes decorrentes de coesão mesmo com o fluido em repouso.

Passo 6

Analisando a alternativa (c): “dependem das forças de coesão.”
  • Comentário didático: já vimos que uma das fontes de forças tangenciais aparentes é exatamente a coesão/adesão (tensão superficial etc.). Além disso, em líquidos reais existe sempre alguma contribuição intermolecular que pode modificar superfícies e contatos. Logo, algumas forças de cisalhamento aparentes dependem de coesão.
  • Conclusão: (c) é verdadeira (correta) no sentido de que coesão é uma fonte possível.

Passo 7

Analisando a alternativa (d): “nunca podem existir quando o fluido está em repouso.”
  • Comentário didático: esta afirmação é absoluta (“nunca”). Mas já vimos um contraexemplo físico claro: forças tangenciais causadas por coesão/adesão (tensão superficial/facilidade de formar um filme que puxa superfícies) podem existir com o fluido em repouso. Portanto a afirmação de que “nunca” elas existem em repouso é falsa.
  • Conclusão: (d) é a alternativa INCORRETA.

Passo 8

(Rápida nota sobre (e) para fechar o raciocínio) Alternativa (e): “nunca podem existir num fluido sem viscosidade, não importando o movimento.”
  • Comentário didático conciso: se o que se entende por “forças de cisalhamento” for aquelas causadas pelo movimento relativo entre camadas, então, sem viscosidade (fluido ideal), essas tensões viscosas não existem. Porém existem forças tangenciais de origem coesiva/adhesiva (tensão superficial) independentes da viscosidade. A alternativa (e) afirma categoricamente “nunca”, o que é forte — mas no contexto usual de “cisalhamento devido ao escoamento” ela seria aceita; como examinamos acima, a alternativa que explicitamente contradiz a existência de cisalhamento em repouso é (d) e é claramente falsa. (O enunciado pedia apenas uma conclusão incorreta; essa é (d).)

Resposta

(d)

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