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)
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
- 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).
- 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. - Dentro dessa camada, o perfil de velocidade varia de 0 até
. A espessura típica é onde a velocidade atinge, por exemplo, 99% de . - Na camada limite surgem atrito viscoso e, dependendo do Reynolds, pode ser laminar ou turbulenta.
Passo 3
Definição de Força de Arrasto
- Arrasto é a força que resiste ao movimento de um corpo pelo fluido.
- 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. - A fórmula geral do arrasto em regime estacionário é
–
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)
- Essa é a força que impulsiona o veículo para frente, gerada por hélices, turbinas, jatos, motores a pistão, etc.
- Pela 3ª Lei de Newton, é igual e oposta à força exercida pelo fluido sobre o sistema de propulsão.
- Em voo ou navegação constante, a força de propulsão
equilibra exatamente o arrasto :
- 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.
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.