5^{\text {a }} Questão: A compreensão da Equação de Bernoulli possibilita o projeto de máquinas de fluxos e também a explicação de fenômenos naturais. Com base nessa compreensão, assinale a alternativa incorreta:
a) Nas bombas centrífugas, o incremento da área de passagem na carcaça provoca de forma forçada e controlada a transformação de parte da energia cinética perdida em energia de pressão;
b) A ocorrência de ventos muito fortes pela passagem de tufões, furacões e/ou tormentas resulta numa redução drástica da pressão acima da cumeeira de telhados, o que faz com que a pressão interna abaixo da cumeeira seja capaz de literalmente arrancar os telhados de residências;
c) A asa de um avião é mais curva na parte de cima. Isto faz com que o ar passe mais rápido na parte de cima do que na de baixo. De acordo com a equação de Bernoulli, a pressão do ar em cima da asa será menor do que na parte de baixo, criando uma força de empuxo que sustenta o avião no ar;
d) Uma bomba de ar (vaporizador) faz com que o ar seja empurrado paralelamente ao extremo de um tubo que está imerso em um líquido. A pressão nesse ponto diminui, e a diferença de pressão com o outro extremo do tubo empurra o fluido para cima. O ar rápido também divide o fluido em pequenas gotas, que são empurradas para frente.;
e) Nenhuma das respostas anteriores.

Passo 1

O enunciado pede que eu identifique a alternativa incorreta entre as opções a), b), c), d) e e). Cada alternativa descreve um efeito físico relacionado à variação de velocidade e pressão em fluidos (uso implícito da equação de Bernoulli). As informações relevantes dadas nas alternativas são:
  • a) Nas bombas centrífugas: afirma que o aumento da área de passagem na carcaça transforma parte da energia cinética em energia de pressão (recuperação de pressão).
  • b) Em tufões/furacões: afirma que ventos fortes reduzem a pressão acima da cumeeira de telhados, permitindo que a pressão interna levante/arranque os telhados.
  • c) Na asa de avião: afirma que a curvatura superior acelera o ar em cima da asa, reduzindo a pressão (pela equação de Bernoulli) e gerando uma “força de empuxo” que sustenta o avião.
  • d) Em bomba de ar/vaporizador (atomizador): afirma que o ar rápido ao redor de um tubo imerso reduz a pressão ali e puxa o líquido para cima, atomizando-o.
  • e) Afirma que nenhuma das alternativas anteriores está incorreta.
Objetivo: analisar cada alternativa com base na física da equação de Bernoulli e decidir qual é a INCORRETA.

Passo 2

Apresentando a ferramenta principal — a equação de Bernoulli — e o conceito básico que vamos usar, explicadinho como se estivéssemos juntos na lousa:
A forma usual da equação de Bernoulli (para escoamento incompressível, estacionário e desprezando perdas por viscosidade, ao longo de uma mesma linha de corrente) é
p + \tfrac{1}{2}\rho v^{2} + \rho g h = \text{constante}
onde:
  • p é a pressão estática do fluido (a pressão que “sente” um objeto no fluido);
  • \rho é a densidade do fluido (por exemplo, \rho da água ≈ 1000\\ \text{kg/m}^3, do ar ≈ 1,2\\ \text{kg/m}^3);
  • v é a velocidade do fluido naquele ponto;
  • g é a aceleração da gravidade ( 9{,}81\\ \text{m/s}^2);
  • h é a altura relativa (potencial gravitacional).
Intuição prática: se a velocidade v aumenta entre dois pontos ao longo da mesma linha de corrente e h não muda muito, então a conservação indica que a pressão p precisa diminuir (aumenta a parte \tfrac{1}{2}\rho v^2, então p cai). Essa é a relação clássica: mais velocidade → menor pressão estática (sob as hipóteses dadas).
Outra relação útil é a continuidade para escoamento incompressível:
A\,v = \text{constante}
onde A é a área de seção e v a velocidade média; quando A aumenta, v diminui, e vice-versa.

Passo 3

Analisando a alternativa a) com essas ideias (bombas centrífugas):
  • Nas bombas centrífugas existe a voluta/caracasa que recebe o fluxo de saída do rotor. A geometria é feita para aumentar a área de escoamento progressivamente, ou seja, A aumenta.
  • Pela continuidade, se A aumenta então v diminui. Pela Bernoulli, a diminuição de v leva a um aumento da pressão p.
  • Em palavras: a carcaça atua como um difusor que recupera parte da energia cinética em pressão utilizável.
    Conclusão: a) está correta. (É exatamente o princípio do difusor/voluta.)

Passo 4

Analisando a alternativa b) (telhados e tufões):
  • Quando o vento sopra muito rápido sobre um teto curvado, a velocidade do ar acima do telhado é grande, então, segundo Bernoulli, a pressão estática acima do telhado diminui em relação à pressão em regiões de ar mais lento.
  • Se o interior da casa mantiver uma pressão maior (por exemplo, janelas/portas ainda fechadas ou uma ruptura que cause pressão interna elevada), haverá uma diferença de pressão vertical que gera uma força para cima sobre a cobertura.
  • Essa diferença de pressão pode, de fato, provocar deslocamento/remoção do telhado (especialmente se a fixação não for forte ou se outras forças aerodinâmicas atuarem). É uma explicação comum e fisicamente plausível para o levantamento de telhados em tempestades.
    Conclusão: b) está correta na essência física apresentada (redução de pressão acima do telhado + pressão interna relativamente maior → força de levantamento).

Passo 5

Analisando a alternativa d) (bomba de ar / vaporizador / atomizador):
  • Quando jatos de ar rápido passam por um bocal próximo à entrada de um tubo imerso, a velocidade elevada do ar reduz a pressão na região externa ao tubo (efeito Venturi / Bernoulli aplicado).
  • A pressão mais baixa naquele ponto em relação ao outro extremo do tubo (submerso no líquido) cria uma diferença de pressão que “suga” o líquido para cima pelo tubo.
  • Além disso, o escoamento rápido do ar fragmenta o líquido em gotas (atomização), que são então lançadas à frente.
    Conclusão: d) está correta — descreve bem o funcionamento de atomizadores e de aspiradores por ar.

Passo 6

Analisando a alternativa c) (asa de avião e “força de empuxo”):
  • Parte correta: uma asa com parte superior mais curvada (asa camberizada) e/ou com ângulo de ataque positivo faz com que, na maioria das condições de voo, o ar sobre o extradorso (parte de cima) tenha velocidades maiores que o ar sob o intradorso (parte de baixo). Pela equação de Bernoulli, velocidades maiores correspondem a pressões estáticas menores; assim surge uma diferença de pressão que resulta numa força para cima (isso é a sustentação, em inglês “lift”).
  • Pontos importantes de esclarecimento (e por que a alternativa contém um erro relevante):
    1. A palavra usada no enunciado é “empuxo”. Em física e engenharia de fluidos em português, “empuxo” normalmente refere-se à força de Arquimedes (buoyância), ou seja, à força vertical para cima que um fluido exerce sobre um corpo submerso, proporcional ao volume deslocado. Isso não é o que sustenta um avião no ar. A força que mantém o avião é chamada de “sustentação” (ou “lift” em inglês), de origem aerodinâmica, gerada por diferenças de pressão e comportamento do escoamento ao redor da asa. Confundir “empuxo” com “sustentação” é um erro de terminologia importante.
    2. Outro detalhe frequentemente mal explicado (mas aqui não está afirmado explicitamente) é que explicar sustentação apenas dizendo “o ar percorre mais distância em cima e por isso é mais rápido” (igual tempo de encontro) é uma heurística equivocada. A razão real envolve circulação, viscosidade local, e a condição de Kutta — conceitos mais avançados — mas a alternativa não fez essa afirmação específica; ela apenas relacionou curvatura → ar mais rápido acima → menor pressão acima → força para cima. Essa linha geral é aceitável como explicação qualitativa.
  • Portanto o problema da alternativa c) é o uso incorreto do termo “empuxo” para descrever a força aerodinâmica que sustenta o avião.
    Conclusão: c) contém uma afirmação terminologicamente incorreta ao chamar de “empuxo” a sustentação aerodinâmica. Isso faz a alternativa c) ser a incorreta diante das outras, que estão fisicamente corretas.

Passo 7

Recapitulando rapidamente:
  • a) correta (difusor/voluta converte velocidade em pressão).
  • b) correta (vento rápido reduz pressão sobre telhados; diferença com pressão interna pode levantar telhados).
  • d) correta (atomizador / aspirador por ar rápido cria pressão baixa e suga o líquido, atomizando-o).
  • c) incorreta por uso indevido do termo “empuxo” — a força que sustenta um avião chama-se sustentação, não empuxo (buoyância).
  • e) portanto é falsa (há, sim, uma alternativa incorreta).

Resposta

c)

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