O arrasto de atrito é principalmente devido:
(a) separação da camada limite
(b) componente de peso na direção do fluxo
(c) tensões de cisalhamento geradas devido à ação da viscosidade
(d) nenhuma das opções acima

Passo 1

O enunciado pergunta: “O arrasto de atrito é principalmente devido:” e dá as alternativas:
(a) separação da camada limite
(b) componente de peso na direção do fluxo
(c) tensões de cisalhamento geradas devido à ação da viscosidade
(d) nenhuma das opções acima
Informações relevantes do enunciado:
  • Queremos identificar a causa principal do chamado “arrasto de atrito” (skin/friction drag).
  • As alternativas envolvem fenômenos distintos: separação de camada limite, efeito do peso, e tensões de cisalhamento por viscosidade.

Passo 2

Primeiro vamos entender o que é “arrasto de atrito” de forma bem clara e prática.
Definição e ideia principal:
  • Arrasto de atrito (skin friction drag) é a força resistente paralela à superfície de um corpo devido ao atrito viscoso entre o fluido em movimento e a superfície do corpo.
  • Esse arrasto vem do fato de que, próximo à superfície, a velocidade do fluido varia com a distância da parede — existe uma camada onde as velocidades são baixas e há gradiente de velocidade. Esse gradiente, junto com a viscosidade do fluido, gera tensões tangenciais na parede.
Resumo conceptual: arrasto de atrito = efeito direto da viscosidade + gradiente de velocidade junto à parede.

Passo 3

Vamos explicar a camada limite e como ela gera tensões de cisalhamento (a parte matemática aqui é simples e útil para a prova).
Formação da camada limite:
  • Quando um fluido escoa sobre uma superfície, a condição de não deslizamento (no-slip) faz com que a velocidade do fluido na parede seja 0.
  • À medida que nos afastamos da parede, a velocidade aumenta até o valor do escoamento livre U. A região onde essa transição ocorre chama-se camada limite.
Tensão de cisalhamento na parede:
  • A tensão tangencial (ou de cisalhamento) na parede devido à viscosidade é dada por
\tau_w = \mu \left.\frac{\partial u}{\partial y}\right|_w,
onde:
  • \tau_w é a tensão de cisalhamento na parede (força por unidade de área, em N/m^2),
  • \mu é a viscosidade dinâmica do fluido,
  • u é a componente tangencial da velocidade paralela à superfície,
  • y é a coordenada normal à superfície, e
  • \left.\dfrac{\partial u}{\partial y}\right|_w é o gradiente de velocidade perpendicular à parede, avaliado na superfície.
Interpretação: quanto maior o gradiente de velocidade próximo à parede ou maior a viscosidade \mu, maior será \tau_w — logo, maior o arrasto de atrito.

Passo 4

Como a tensão de cisalhamento se transforma em força de arrasto (prática para a prova):
A força de arrasto de atrito total sobre uma superfície S é a integral da tensão tangencial sobre essa superfície:
D_f = \int_S \tau_w \, \mathrm{d}S.
Na prática de prova frequentemente se trabalha com coeficiente de atrito de superfície C_f definido por
C_f = \frac{\tau_w}{\tfrac{1}{2}\rho U^2},
e com isso
D_f = \tfrac{1}{2}\rho U^2 \, C_f \, A_{\text{molhada}},
onde:
  • \rho é a densidade do fluido,
  • U é a velocidade de referência do escoamento,
  • A_{\text{molhada}} é a área molhada (área sobre a qual o fluido está em contato).
Exemplo prático rápido (útil para prova): para uma placa plana em escoamento laminar,
C_f(x)=\frac{1{,}328}{\sqrt{\mathrm{Re}_x}}, \qquad \mathrm{Re}_x=\frac{\rho U x}{\mu},
mostrando explicitamente que C_f (e portanto o arrasto de atrito) depende de viscosidade \mu e do gradiente de velocidade via número de Reynolds.

Passo 5

Agora comparar com as alternativas e explicar por que as outras estão erradas.
Alternativa (a): “separação da camada limite”
  • Separação de camada limite normalmente produz arrasto de pressão (form drag), não o arrasto de atrito dominado por tensões viscosas na parede. Quando a camada limite se separa, há formação de regiões de baixa pressão e vórtices que aumentam o arrasto por pressão. Portanto (a) descreve fonte de arrasto distinta — é incorreta para “arrasto de atrito”.
Alternativa (b): “componente de peso na direção do fluxo”
  • O peso (força gravitacional) age verticalmente e, salvo geometria ou inclinação muito específica, não é a causa do arrasto viscoso. Componente de peso não é o mecanismo que gera tensões viscosas na parede. Logo (b) está incorreta.
Alternativa (c): “tensões de cisalhamento geradas devido à ação da viscosidade”
  • Isso descreve exatamente o mecanismo físico do arrasto de atrito: tensões tangenciais ( \tau_w) originadas da viscosidade e do gradiente de velocidade na camada limite. Esta é a alternativa correta.
Alternativa (d): “nenhuma das opções acima”
  • Como (c) é correta, (d) é falsa.

Passo 6

Dica prática para a prova (como reconhecer a frase-chave):
  • Se o enunciado fala “arrasto de atrito”, pense imediatamente em “viscosidade” e “tensão de cisalhamento na parede”.
  • Se o enunciado fala “arrasto devido à separação, formas, vortices” ou “arrasto de forma/pressão”, pense em separação da camada limite / pressão — isso é distinto do arrasto de atrito.

Passo 7

Resumo pedagógico e encorajamento:
  • Arrasto de atrito = causado por viscosidade e gradientes de velocidade próximos à parede ( \tau_w=\mu\,\partial u/\partial y|_w).
  • Separação = arrasto de pressão (não o mesmo que arrasto de atrito).
    Você está indo bem: reconhecer essas traduções físicas entre palavras-chave e mecanismos é o que cai sempre nas provas. Vai com calma, memora a associação “atrito = viscosidade = cisalhamento”.

Resposta

(c)

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