Quais as características de um fluido ideal? Explique cada uma delas.
Passo 1
Beleza, a questão pede para listarmos e explicarmos as características de um fluido ideal. Isso cai em Mecânica dos Fluidos (ou Hidrodinâmica) e, pra resolver, a gente vai precisar saber o que é viscosidade, compressibilidade, densidade e como essas propriedades aparecem nas equações de continuidade e de esforço interno do fluido.
Passo 2
Característica 1: Incompressibilidade
– O que é? Significa que a densidade do fluido não muda quando ele se deforma ou se move.
– Por que importa? Se é constante, a massa que entra num volume de controle é igual à massa que sai.
– Como aparece na teoria? Na equação da continuidade para fluxo incompressível:
– O que é? Significa que a densidade
– Por que importa? Se
– Como aparece na teoria? Na equação da continuidade para fluxo incompressível:
Aqui
é o vetor velocidade. Essa equação diz que não há “acúmulo” de massa em nenhum ponto.
Passo 3
Característica 2: Inviscoso (sem viscosidade)
– O que é viscosidade? É a “pegajosidade” do fluido, a resistência interna ao escoamento, medida pelo coeficiente .
– No fluido ideal, . Então, não existe tensão de cisalhamento interna.
– Como aparece na teoria? Nas equações de Navier–Stokes você tem termos do tipo
– O que é viscosidade? É a “pegajosidade” do fluido, a resistência interna ao escoamento, medida pelo coeficiente
– No fluido ideal,
– Como aparece na teoria? Nas equações de Navier–Stokes você tem termos do tipo
que representam forças viscosas. Se
, esses termos somem e você cai nas Equações de Euler, que tratam do escoamento sem atrito interno.
Passo 4
Característica 3: Homogêneo
– O que é? Significa que a composição do fluido é a mesma em todo lugar, logo e
(se existisse) não variam no espaço.
– Por que importa? Facilita no cálculo, pois não precisamos lidar com variações de propriedades no domínio do fluido.
– O que é? Significa que a composição do fluido é a mesma em todo lugar, logo
– Por que importa? Facilita no cálculo, pois não precisamos lidar com variações de propriedades no domínio do fluido.
Passo 5
Característica 4: Não condutor de calor
– O que é? O fluido ideal não transporta energia por condução térmica; o coeficiente de condutividade térmica é zero.
– Como aparece na teoria? Na equação de energia você teria um termo
– O que é? O fluido ideal não transporta energia por condução térmica; o coeficiente de condutividade térmica
– Como aparece na teoria? Na equação de energia você teria um termo
se
, não há transferência de calor por condução interna.
Resposta
As principais características de um fluido ideal são:
- Incompressível (
const) ⇒ . - Inviscoso (
) ⇒ ausência de tensões de cisalhamento internas e uso das Equações de Euler. - Homogêneo ⇒ propriedades físicas uniformes em todo o fluido.
- Não condutor de calor (
) ⇒ sem transferência térmica por condução.