Defina, separadamente, cada um dos seguintes termos: a) Camada Limite, b) Força de Arrasto, e) Força de Exercicio.

Passo 1

Beleza, a questão pede pra gente definir três termos de mecânica dos fluidos/aerodinâmica:
a) Camada Limite
b) Força de Arrasto
c) Força de Exercício (a gente vai tratar aqui como a força de propulsão, ou seja, o “empurrão” que faz o objeto se mover)
O que precisamos saber:
  • Como se comporta o fluido junto a uma superfície (viscosidade e condição de não deslizamento).
  • Quais forças o fluido exerce em um corpo em movimento relativo (resistência, atrito, pressão).
  • O que gera o movimento de um veículo: a força fornecida pelo motor ou propulsor.

Passo 2

Definição de Camada Limite
  1. Quando um fluido (ar, água, etc.) escoa sobre uma superfície (asa, casco, tubo), a viscosidade faz a velocidade do fluido junto à parede ser zero (condição de não deslizamento).
  2. Longe da parede, a velocidade volta a ser a do fluxo livre. A região entre a parede (onde a velocidade é zero) e o fluxo livre (onde atinge ) chama‐se camada limite.
  3. Dentro dessa camada, o perfil de velocidade varia de 0 até . A espessura típica é onde a velocidade atinge, por exemplo, 99% de .
  4. Na camada limite surgem atrito viscoso e, dependendo do Reynolds, pode ser laminar ou turbulenta.

Passo 3

Definição de Força de Arrasto
  1. Arrasto é a força que resiste ao movimento de um corpo pelo fluido.
  2. Ele tem duas componentes principais:
    Arrasto de forma (ou de pressão), devido à diferença de pressão entre a frente e a retaguarda.
    Arrasto de atrito (ou viscoso), devido ao cisalhamento dentro da camada limite.
  3. A fórmula geral do arrasto em regime estacionário é
FD ;=; tfrac12,rho,Uinfty^2,CD,A
é a densidade do fluido
é a velocidade do fluxo livre
é o coeficiente de arrasto (funciona como “quão ruim” é o formato)
é a área de referência

Passo 4

Definição de Força de Exercício (Propulsão)
  1. Essa é a força que impulsiona o veículo para frente, gerada por hélices, turbinas, jatos, motores a pistão, etc.
  2. Pela 3ª Lei de Newton, é igual e oposta à força exercida pelo fluido sobre o sistema de propulsão.
  3. Em voo ou navegação constante, a força de propulsão FP = FD equilibra exatamente o arrasto :
  1. Na prática, depende do rendimento do motor/sistema, da densidade do fluido e da forma do propulsor.

Resposta

a) Camada Limite: região próxima à superfície onde a velocidade do fluido vai de zero até a velocidade do escoamento livre devido à viscosidade.
b) Força de Arrasto: força resultante (de pressão + atrito) que resiste ao movimento de um corpo no fluido, dada por .
c) Força de Exercício (Propulsão): força fornecida pelo motor/propulsor para mover o corpo; em regime estacionário, igual ao arrasto.

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