Calcule a força necessária para segurar um bocal convergente fixo a uma mangueira de incêndio na horizontal que descarrega
de água. Sabe-se que o diâmetro interno da mangueira é 10 cm , enquanto do bocal é 3 cm .
Passo 1
Resumindo o enunciado: temos uma mangueira horizontal de diâmetro interno
conectada a um bocal convergente de diâmetro
. A vazão de água é
e queremos a força que o jato exerce no bocal para mantê-lo parado. O conteúdo principal é o teorema do impulso (ou momentum) em mecânica dos fluidos, que leva em conta a variação de quantidade de movimento da água no controle de volume.
Passo 2
Converter a vazão volumétrica para unidades do SI.
Passo 3
Calcular as áreas das seções transversal na mangueira e no bocal:
Passo 4
Determinar as velocidades média em cada seção usando
:
Passo 5
Calcular a vazão mássica
da água (densidade
):
Passo 6
Aplicar o teorema do impulso: a força de reação no bocal é
Resposta
A força necessária para segurar o bocal é aproximadamente
.