Numa montagem comercial, uma bola é mantida flutuando na corrente de ar projetada pelo bocal de uma mangueira ligada a um exaustor de um aspirador. O jato de ar incide sob ou sobre a bola? Por quê?
Passo 1
Resumo do enunciado: Temos um aspirador que lança um jato de ar e uma bolinha fica “flutuando” nesse jato. A pergunta é: o jato de ar incide por baixo da bola ou por cima? E por quê?
Conteúdo da matéria: Mecânica dos fluidos (princípio de Bernoulli e balanço de forças).
O que vamos precisar:
Conteúdo da matéria: Mecânica dos fluidos (princípio de Bernoulli e balanço de forças).
O que vamos precisar:
- Entender o equilíbrio de forças (peso vs. força do ar).
- Aplicar o princípio de Bernoulli para explicar estabilidade lateral.
Passo 2
Primeiro, pense em como a bolinha fica parada no ar. Para que ela não caia, precisa haver uma força para cima que compense o peso (força da gravidade). O peso é
. Logo, o jato de ar precisa empurrar a bola para cima com uma força igual a
. Esse empuxo para cima só acontece se o ar incidir por baixo da bola, gerando uma pressão maior em sua face inferior do que na superior.
Passo 3
Agora, para entender por que a bolinha não sai voando nem cai, usamos o princípio de Bernoulli:
Isso diz que onde a velocidade do ar é maior, a pressão é menor. Em volta da bolinha, o jato incide por baixo, atinge a parte inferior e “contorna” a bolinha para os lados.
- Abaixo da bola, a velocidade do ar é relativamente menor quando ele bate nela, aumentando a pressão nessa região.
- Nas laterais, onde o ar escapa mais rápido, a pressão fica mais baixa. Esse “colinho de baixa pressão” lateral puxa a bola para o centro do jato, mantendo-a alinhada e estável.
Passo 4
Juntando tudo:
- O ar chega por baixo, exerce uma força de reação para cima (Newton III) que equilibra o peso.
- Ao contornar a bola, a diferença de velocidades gera regiões de pressão mais baixa nas laterais (Bernoulli), mantendo a bola “presinha” no meio do jato.
Resposta
O jato de ar incide por baixo da bola, porque dessa forma gera uma força de sustentação para cima que equilibra o peso, e a variação de pressão (princípio de Bernoulli) nas laterais mantém a bola estável no centro do fluxo.