Explique passo a passo como você determinaria de forma prática a velocidade média do escoamento de água na torneira da pia da cozinha da sua casa. Como calcularia o número de Reynolds?
Passo 1
Beleza, o enunciado pede para a gente descobrir, de um jeito prático, qual é a velocidade média da água que sai da torneira da cozinha e, depois, calcular o número de Reynolds desse escoamento. O conteúdo envolvido é de Mecânica dos Fluidos: vamos usar a definição de vazão volumétrica, a relação entre vazão e velocidade média (continuidade) e a fórmula do número de Reynolds. Pra isso, vai dar pra medir volume de água e tempo, medir o diâmetro do bico da torneira e usar o valor da viscosidade cinemática da água.
Passo 2
Primeiro, a gente mede o volume de água coletado (V) em um recipiente qualquer (por exemplo, 1 L) e anota o tempo que levou (t) com um cronômetro. A vazão volumétrica é
Isso já é a nossa “quantidade de água por segundo”.
Passo 3
Agora transforma a vazão em velocidade média. A área da seção do jato de água (A) vem da medida do diâmetro interno do bico (d):
Pelo princípio da continuidade,
Aqui você só divide a vazão pela área para achar a velocidade média.
Passo 4
Pra calcular o número de Reynolds, usamos
onde
é a viscosidade cinemática da água (aprox.
a 20 °C). Esse número indica se o escoamento é laminar (Re<2000) ou turbulento (Re>4000).
Passo 5
Vamos ilustrar com um exemplo prático:
- Você enche 1 L (0,001 m³) em 5 s →
- Diâmetro do jato d = 1,2 cm = 0,012 m →
- Velocidade média
- Reynolds (usando
)
Resposta
Velocidade média
,m/s
Número de Reynolds .
Número de Reynolds