A força de arrasto de um fluido em movimento em contato com um objeto é devida aos efeitos combinados da pressão e das forças de cisalhamento na superfície do objeto, na direção do escoamento. Apresente um exemplo em que a força de arrasto é
resultante predominantemente por efeitos de forças de pressão.
resultante predominantemente por efeitos de forças de pressão.
Passo 1
O enunciado pede um exemplo de corpo imerso em escoamento para o qual a força de arrasto seja gerada quase totalmente pela distribuição de pressão na superfície (arrasto de pressão), e não pelo atrito viscoso (arrasto de cisalhamento). O conteúdo envolvido é a decomposição da força de arrasto em componentes de pressão e de atrito de parede.
Passo 2
Lembrete teórico: a força de arrasto total
em um corpo imerso num fluido em escoamento tende a ser
Em corpos delgados e aerodinâmicos (perfil fino, fluxo laminar aderente) predomina
. Já em corpos “batatas” ou retos (bluff bodies), ocorre separação da camada-limite e formação de vórtices na retaguarda, o que gera grande diferença de pressão entre a face dianteira e a face traseira – daí
domina.
Passo 3
Exemplo clássico: uma placa circular (ou disco) disposta perpendicularmente à direção do escoamento uniforme, com número de Reynolds moderado a elevado (por exemplo,
a
).
Passo 4
Explicação do porquê:
- Logo à montante da placa, o fluido “atrapalha” e a pressão adveio sobre a face frontal é alta.
- Na retaguarda, o fluido se separa imediatamente nas bordas, formando um grande wake de baixa pressão.
- A diferença de pressão entre a frente e o wake gera quase toda a força de arrasto.
- A área de contato lateral é pequena e a camada limite se separa antes de desenvolver atrito significativo, de modo que
.
Resposta
Como exemplo, considere uma placa circular rígida colocada com sua face plana normal ao escoamento (disco perpendicular). Nesse caso, a maior parte do arrasto é devida à diferença de pressão entre a face frontal de alta pressão e a retaguarda de baixa pressão, caracterizando arrasto por pressão dominante.