Um jato de água sai do bocal a
e incide horizontalmente em um carrinho, o fluxo de água sai do carrinho a 30 graus com relação à horizontal. O carrinho desloca a velocidade constante de
. Determine as forças horizontais atuantes no carrinho na condição de velocidade constante.
Passo 1
O enunciado descreve um jato de água que incide horizontalmente no carrinho com velocidade de entrada
, e sai defletido com ângulo
em relação à horizontal, mantendo a mesma velocidade de módulo
. O carrinho se move com velocidade constante, logo a soma das forças horizontais sobre ele é nula. Para encontrar a força exercida pelo jato sobre o carrinho, aplicamos o balanço de quantidade de movimento (momento) em regime permanente.
Passo 2
Definimos
como a vazão mássica de água (em
). A componente horizontal das velocidades de entrada e saída são:
Pela teoria de impulso-momento, a força horizontal que o jato exerce sobre o carrinho é a taxa de variação do momento linear do fluido:
Passo 3
Substituindo
temos
Passo 4
Como a velocidade do carrinho é constante, a soma das forças horizontais é zero. Assim, a força de resistência (atrito, arrasto, etc.), que chamamos de
, equilibra exatamente a força do jato:
Resposta
A força de impulso do jato sobre o carrinho, para a direita, vale
A força de resistência (para a esquerda) vale