AO Fenomenos de transporte

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1) O cilindro de uma bomba de pneu de bicicleta fica quente durante o uso. Explique os 
mecanismos responsáveis pelo aumento de temperatura. 
2) Discuta a física do ricochete de uma pedra na superfície de um lago. Compare esses 
mecanismos com aqueles de uma pedra quicando após ser atirada ao longo de uma 
rodovia. 
3) Faça uma estimativa da ordem de grandeza da massa de ar padrão contida em uma sala de 
3 m por 3 m por 2,4 m (por exemplo, 0,01; 0,1; 1,0; 10; 100 ou 1000 kg). Em seguida, 
calcule essa massa em kg para verificar como foi a sua estimativa. 
4) Um tanque esférico de diâmetro interno igual a 500 cm contém oxigênio comprimido a 7 
MPa e 25°C. Qual é a massa de oxigênio? 
5) Para cada grandeza física listada, indique as dimensões usando a massa como a dimensão 
primária, e dê as unidades SI e Inglesas típicas: 
(a) Potência 
(b) Pressão 
(c) Módulo de elasticidade 
(d) Velocidade angular 
(e) Energia 
(f) Momento de uma força 
(g) Quantidade de movimento 
(h) Tensão de cisalhamento 
(i) Deformação 
(j) Quantidade de movimento angular 
6) Deduza os seguintes fatores de conversão: 
(a) Converta uma viscosidade de 1 m2/s para ft2/s. 
(b) Converta uma potência de 100 W para horsepower. 
(c) Converta uma energia específica de 1 kJ/kg para Btu/kg. 
(d) Converta uma pressão de 1 psi para kPa. 
(e) Converta um volume de 1 litro para galões. 
(f) Converta uma viscosidade de 1 lbf·s/ft2 para N·s/m2. 
(g) Converta um calor específico de 4,18 kJ/kg·K para Btu/lbm·ºR. 
(h) Converta uma velocidade de 30 m/s para mph. 
(i) Converta um volume de 5,0 L para in3. 
7) 1.22 Expresse os seguintes valores em unidades SI: 
(a) 5 acre · ft 
(b) 150 in3/s 
(c) 3 gpm 
(d) 3 mph/s 
8) A massa específica do mercúrio é dada como 13,550 kg/m3. Calcule a densidade relativa e 
o volume específico do mercúrio em m3/kg. Calcule o seu peso específico em N/m3 na Terra 
e na Lua. A aceleração da gravidade na Lua é 1,67 m/s2. 
 
CÓDIGO DO CURSO: 
Fenômenos dos transportes – Daniel Horta – Exercício Avaliativo – 25 pontos 
NOME LEGÍVEL: _______________________________________________________________________ 
9) Para os campos de velocidade dados abaixo, determine: 
(a) Se o campo de escoamento é uni, bi ou tridimensional, e por quê. 
(b) Se o escoamento é em regime permanente ou transiente, e por quê. (As quantidades a 
e b são constantes.) 
 
10) Um campo de velocidade é dado por �⃗� = 𝑎𝑦𝑡𝑖̂ − 𝑏𝑥𝑗̂, em que a = 1 s−2 e b = 4 s−1. 
Determine a equação das linhas de corrente para qualquer tempo t. Trace algumas curvas 
para t = 0 s, t = 1 s e t = 20 s. 
11) Um escoamento é descrito pelo campo de velocidade �⃗� = (𝐴𝑥 + 𝑏)𝑖̂ − 𝐴𝑦𝑗̂, em que A = 3 
s-1 e B = 6 m/s. Trace algumas linhas de corrente no plano xy, incluindo aquela que passa 
pelo ponto (x, y) = (0,3;0,6). 
12) Um bloco de massa M desliza sobre uma fina película de óleo. A espessura da película é h e 
a área do bloco é A. Quando liberada, a massa m exerce tração na corda, causando a 
aceleração do bloco. Despreze o atrito na polia e a resistência do ar. Desenvolva uma 
expressão algébrica para a força viscosa que atua sobre o bloco quando ele se move à 
velocidade V. Deduza uma equação diferencial para a velocidade do bloco como uma 
função do tempo. Obtenha uma expressão algébrica para a velocidade do bloco em função 
do tempo. A massa M = 5 kg, m = 1 kg, A = 25 cm2 e h = 0,5 mm. Se o bloco leva 1 segundo 
para atingir a velocidade de 1 m/s, determine a viscosidade, μ, do óleo. Esboce a curva V(t). 
 
13) Um bloco cúbico, com arestas de 0,1 metro e massa de 5 kg, desliza em um plano inclinado 
30º para baixo em relação à horizontal, sobre um filme de óleo SAE 30 a 20ºC com 0,20 mm 
de espessura. Se o bloco for liberado do repouso em t = 0, qual a sua aceleração inicial? 
Deduza uma expressão para a velocidade do bloco em função do tempo. Trace a curva V(t). 
Determine a velocidade do bloco após 0,1 s. Se desejássemos que o bloco atingisse uma 
velocidade de 0,3 m/s nesse tempo, qual deveria ser a viscosidade μ do óleo? 
14) Um avião está em voo de cruzeiro a uma altitude de 5,5 km com uma velocidade de 700 
km/h. Conforme o avião aumenta a altitude, a sua velocidade é ajustada de modo que o 
número de Mach permaneça constante. Faça um esboço da velocidade em função da 
atitude. Qual é a velocidade do avião a uma altitude de 8 km? 
 
15) “Estalos” nos ouvidos é um fenômeno desconfortável experimentado quando ocorrem 
variações na pressão ambiente, por exemplo, em um elevador rápido ou em um avião. se 
você está em um aeroplano, a 3.000 m de altitude, e uma rápida descida de 100 m causa 
estalos em seus ouvidos, qual é a variação de pressão em milímetro de mercúrio que causa 
esse desconforto? Se, em seguida, o avião sobe 8.000 m e novamente começa a descer, 
quanto o avião descerá antes que os seus ouvidos estalem novamente? Considere a 
Atmosfera Padrão Americana 
16) Um cubo de carvalho maciço, de volume 125 mL, é mantido submerso por um tirante, 
conforme mostrado. Calcule a força real da água sobre a superfície inferior do cubo e a 
tração no tirante. 
 
17) Um reservatório com dois tubos cilíndricos verticais de diâmetros d1 = 39,5 mm e d2 = 12,7 
mm é parcialmente preenchido com mercúrio. O nível de equilíbrio do líquido é mostrado 
no diagrama da esquerda. Um objeto cilíndrico sólido, feito de latão, flutua no tubo maior 
conforme mostrado no diagrama da direita. O objeto tem diâmetro D = 37,5 mm e altura H 
= 76,2 mm. Calcule a pressão na superfície inferior necessária para fazer flutuar o objeto. 
Determine o novo nível de equilíbrio, h, do mercúrio com a presença do cilindro de metal. 
 
 
18) Um manômetro é construído com um tubo de vidro de diâmetro interno uniforme, D = 6,35 
mm, conforme mostrado na figura. O tubo em U é preenchido parcialmente com água. Em 
seguida, um volume = 3,25 cm3 de óleo Meriam vermelho é adicionado no lado esquerdo 
do tubo. Calcule a altura de equilíbrio, H, quando ambas as pernas do tubo em U estão 
abertas para a atmosfera. 
 
19) O manômetro mostrado contém dois líquidos. O líquido A tem densidade relativa 0,88 e o 
líquido B 2,95. Calcule a deflexão, h, quando a diferença de pressão aplicada é p1 – p2 = 
860 Pa. 
 
20) Determine a pressão manométrica em kPa no ponto a, se o líquido A tiver densidade 
relativa 1,20 e o líquido B tiver 0,75. O líquido em torno do ponto a é água e o tanque da 
esquerda está aberto para a atmosfera. 
 
 
21) Considere um tanque contendo mercúrio, água, benzeno e ar conforme mostrado. 
Determine a pressão do ar (manométrica). Determine o novo nível de equilíbrio do 
mercúrio no manômetro, se uma abertura for feita na parte superior do tanque. 
 
22) Um aluno deseja projetar um manômetro com sensibilidade melhor que aquela de um 
tubo em U de diâmetro constante com água. A concepção do aluno envolve o emprego de 
tubos com diferentes diâmetros e dois líquidos, conforme mostrado. Avalie a deflexão, h, 
desse manômetro, se a diferença de pressão aplicada for Δp = 250 N/m2. Determine a 
sensibilidade do manômetro. Trace um gráfico da sensibilidade do manômetro como 
função da razão de diâmetros d2/d1. 
 
23) As comportas de Poe Lock, no Salto de Santa Maria em Michigan, fecham um canal com 
largura W = 34 m, comprimento L = 360 m e profundidade D = 10 m. A geometria de um 
par de comportas é mostrada na figura; cada comporta é articulada na junção com a 
parede do canal. Quando fechadas, as bordas das comportas são forçadas no centro, uma 
contra a outra, pela água. Avalie a força exercida pela água sobre a comporta A. Determine 
o módulo e o sentido das componentes da força exercida pela comporta sobre a 
articulação. (Despreze o peso da comporta.) 
 
 
24) A comporta mostrada na figura tem 3 m de largura e, para fins de análise, pode ser 
considerada semmassa. Para qual profundidade de água esta comporta retangular ficará 
em equilíbrio como mostrado? 
 
 
25) Um laboratório universitário deseja construir um túnel de vento de vazão 15 m3/s com 
velocidades variáveis do ar. Para isso, propõe-se construir o túnel com uma sequência de 
três seções de teste circulares: A seção 1 terá um diâmetro de 1,5 m, a seção 2 um 
diâmetro de 1 m e a seção 3 um diâmetro tal que a velocidade média seja 75 m/s. 
(a) Qual serão as velocidades nas seções 1 e 2? 
(b) Qual deve ser o diâmetro da seção 3 para atender a velocidade desejada para as 
condições de projeto? 
 
26) Um fluido, com massa específica de 1.040 kg/m3, flui em regime permanente através da 
caixa retangular mostrada. Dados A1 = 0,046 m2, A2 = 0,009 m2, A3 = 0,056 m2, 𝑉3⃗⃗ ⃗= 3î m/s 
e 𝑉2⃗⃗ ⃗= 6j m/s, determine a velocidade 3. 
 
27) Defina: 
(a) Escoamento Laminar 
(b) Escoamento transiente 
(c) Escoamento turbulento 
28) Um reservatório cilíndrico de exploração de água possui um diâmetro interno de 3m. Exite 
somente uma entrada com diâmetro igual a 10 cm, uma saída de 8 cm e um dreno. 
Inicialmente o tanque está vazio quando a bomba de entrada é acionada, produzindo uma 
velocidade de 5m/s. Quando o nível do tanque atinge 0,7 m, a bomba de saída é acionada, 
causando uma vazão para fora do tanque na saída com velocidade média na saída de 3 
m/s. quando o nivela atinge 2m, o dreno é acionado de tal forma que o nível permaneça 
com 2 m. 
(a) Determine o tempo no qual a bomba de saída foi acionada 
(b) Determine o tempo que o dreno foi aberto. 
(c) Determine a vazão total do sistema ao se acionar a bomba de saída. 
(d) Determine a vazão do dreno para que o nível se mantenha. 
29) Em sua cozinha, a pia tem 0,6 m por 45,7 cm e tem 30,5 cm de profundidade. Você a está 
enchendo com água com uma vazão de 252 × 10-6 m3/s. 
(a) Quanto tempo (em minutos) você leva para encher metade da pia? 
(b) Após encher metade da pia, você fecha a torneira e abre um pouco a válvula de 
drenagem (diâmetro igual a 30 mm), de modo que a vazão de saída é de 63 × 10-6 m3/s. 
Qual a taxa (em m/s) na qual o nível de água abaixa? 
30) Considere um escoamento em regime permanente, laminar, incompressível, 
completamente desenvolvido, entre duas placas planas infinitas, conforme mostrado. O 
escoamento ocorre devido ao movimento da placa esquerda bem como de um gradiente 
de pressão que é aplicado na direção y. Dadas as condições de que w = 0, e que a 
aceleração gravitacional age na direção negativa de y, prove que u = 0 e que o gradiente de 
pressão na direção y deve ser constante.