APS FLUIDOS

Prévia do material em texto

FMU
LEONARDO AMORIM DE SOUZA
MECÂNICA DOS FLUIDOS
APS- ARTIGO 2
SÃO PAULO
2022
Neste artigo o autor fala sobre  o entendimento das propriedades físicas dos fluidos que permitiu diversos avanços tecnológicos em  destaque a fabricação de aviões, navios e carros com perfis otimizados os quais diminuem dramaticamente a chamada força de arrasto. 
Também são discutidos os conceitos fundamentais da mecânica dos fluidos, como a força de arrasto experimentada por uma partícula se movendo num fluido viscoso proposta por Stokes  em 1851, velocidade terminal, número de Reynolds e sua conexão com a teoria cinética dos gases. Fenômenos contra intuitivos, como a não variação da velocidade terminal de uma partícula se movendo sob a ação da gravidade em meios gasosos com densidades distintas para número de Reynolds 
 escoamento
Escoamento laminar (regime laminar, também chamado lamelar ou tranquilo) — onde as partículas do fluido tendem a percorrer trajetórias paralelas.
Escoamento turbulento (regime turbulento, onde as trajetórias das partículas são curvilíneas, não paralelas, alteram-se em sentido, sendo irregulares. Apresentam entrecruzamento, formando uma série de minúsculos redemoinhos ou vórtex. O escoamento turbulento é também conhecido como “turbilhonário" ou "hidráulico". Na prática, o escoamento dos fluidos quase sem exceção é turbulento. É o regime típico das obras de engenharia, tais como adutoras, tubulações industriais, vertedores de barragens, fontes ornamentais, etc.
Um fluxo de fluido pode se comportar quanto à sua variação no tempo em:
Escoamento permanente, ou estacionário, onde a velocidade e a pressão num determinado ponto, não variam com o tempo. A velocidade e a pressão podem variar de um ponto para outro do fluxo, mas se mantêm constantes em cada ponto imóvel do espaço, em qualquer momento do tempo, fazendo a pressão e a velocidade em um ponto serem funções das coordenadas do ponto e não dependentes do tempo. No escoamento permanente a corrente fluida é dita "estável".
Escoamento não permanente, onde a velocidade e a pressão, em determinado ponto, são variantes com o tempo, variando também de um ponto a outro. Este escoamento é também chamado "variável" ou "transitório", e a corrente é dita "instável". A pressão e a velocidade em um ponto são dependentes tanto das coordenadas como também do tempo. Um exemplo de um escoamento não permanente é o esvaziamento de um recipiente qualquer por um orifício, à medida que a superfície livre vai baixando, pela redução do volume de fluido, a pressão da coluna de fluido diminui, assim como a velocidade do fluido passando pelo orifício.
Um fluxo de fluido pode se comportar quanto à variação na trajetória das partículas como:
Escoamento uniforme, onde todos os pontos da mesma trajetória que seguem as partículas apresentam a mesma velocidade. Trata-se de um caso específico do escoamento permanente, existe a variação da velocidade entre as trajetórias, mas na mesma trajetória, todos os pontos têm a mesma velocidade. Em outras palavras, entre os pontos de uma mesma trajetória, não há variação da velocidade (seu módulo, direção e sentido permanecem constantes). Neste escoamento, a seção transversal da corrente de fluido é invariável. Um exemplo deste tipo d escoamento é percebido em tubulações longas com diâmetro constante.
Escoamento variado, onde os diversos pontos de uma mesma trajetória não apresentam constância da velocidade num intervalo de tempo considerado. Este escoamento ocorre, por exemplo, nas correntes convergentes, originárias de orifícios (um exemplo seriam esguichos de chuveiro, paralelos, alé laminares, mas em aceleração em direção ao solo) e nas correntes de seção (as seções mais externas de um fluxo numa tubulação, a medida que o fluxo total avança, perdem velocidade no tempo).
Um fluxo de fluido pode também se comportar quanto ao seus movimentos de rotação como:
Escoamento rotacional, onde partícula está sujeita a uma velocidade angular, em relação ao seu centro de massa. Um exemplo deste escoamento é característico no fenômeno do equilíbrio relativo em um recipiente cilíndrico aberto, que contenha um líquido e que gira em torno de seu eixo vertical. Em virtude da viscosidade, o escoamento de fluidos reais sempre se comporta como um escoamento rotacional.
Escoamento irrotacional, sendo uma aproximação, na prática, em que se desconsidera o comportamento rotacional dos escoamentos, considerando-se o escoamento em tratamento como irrotacional, através dos princípios clássicos da fluidodinâmica. Num escoamento teoricamente irrotacional, as partículas são consideradas indeformáveis, despreza-se a influência da viscosidade e faz-se uma concepção matemática do escoamento.
Estudando o movimento e as colisões de esferas perfeitamente elásticas, James Clerk Maxwell em 1860 concluiu que a viscosidade η de um gás numa dada temperatura é independente de sua massa específica; seis anos depois, ou seja, em 1866 publicou um artigo  onde confirmou experimentalmente o fato de a viscosidade não depender de sua massa específica.
De acordo com a teoria cinética, a viscosidade de um gás é dada por 
onde kB é a constante de Boltzmann, cujo valor é 1, 3806×10−23 JK−1 , T é a temperatura do gás e σ0 é a secção transversal de espalhamento. A dedução da Eq. (51) é apresentada detalhadamente na Ref. Tal equação nos fornece resultados notáveis: i) em contraste com os líquidos, a viscosidade de um gás aumenta com a temperatura; ii) a viscosidade não depende da massa específica do líquido. Utilizando os conceitos apresentados nesta e em sessões anteriores, é discutido a seguir um fenômeno de interesse.