LISTA_EXERC_CAP_1_RESOLVIDA

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Fenômenos de transporte - Lista de exercícios Capítulo 1 
 
Introdução, classificação e sistema 
 
1-1C → O que é um fluido? Como um fluido difere de um sólido? Como um gás difere 
de um líquido? 
Resolução: 
 
 Uma substância no estado líquido ou gasoso e denominada fluido. A distinção 
entre um solido e um fluido e baseada na capacidade da substancia resistir a uma tensão 
de cisalhamento (ou tangencial) aplicada, que tende a mudar sua forma. O sólido resiste 
a tensão de cisalhamento aplicada deformando-se, ao passo que o fluido se deforma 
continuamente sob a influência da tensão de cisalhamento, não importando quão pequena 
ela seja. 
 
1-2C → Considere o escoamento de ar sobre as asas de um avião. Este escoamento é 
interno ou externo? E o escoamento de gases através de um motor a jato? 
 
Resolução: 
 
 O escoamento de ar sobre as asas de um avião é externo, pois o fluido não está 
confinado. No motor a jato o escoamento é interno, pois há tubos. 
 
1-3C → Defina escoamento e fluido incompressíveis. O escoamento de um fluido 
compressível deve ser obrigatoriamente tratado como compressível? 
 
Resolução: 
 
 O fluido é qualquer tipo de matéria que apresenta a propriedade de escoar ou fluir. 
 
 Fluido incompressível (líquido ou gasoso): 
• As partículas do fluido estão em contato e são rígidas; 
• Qualquer perturbação (movimento do fluido ou aumento da pressão) numa 
partícula se propaga com velocidade infinita às demais partículas. 
 
 
 
 
 Fluido compressível: 
• É o fluido cuja massa específica (ρ) varia com a pressão (p) exercida sobre o 
mesmo: ρ = ρ(p). 
• Existe uma distância finita (Δx) entre as partículas. 
• A perturbação imposta a uma partícula leva um determinado tempo para atingir a 
seguinte, portanto, a velocidade de perturbação é finita. 
• Como a distância entre as partículas de um líquido é menor que a dos gases, a 
velocidade da perturbação é maior nos líquidos, e ainda maior nos sólidos. 
 
 
 O escoamento de um fluido compressível não pode ser tratado obrigatoriamente 
como compressível. O ar, por exemplo, nem sempre precisa ser tratado como um 
escoamento compressível, se o ar estiver escoando devagar sobre uma bolsa de futebol, o 
seu volume quase não se altera conforme ele passa sobre a bola. 
 
1-4C →Defina escoamentos interno, externo e de canal aberto. 
 
Resolução: 
 
 Escoamento interno: o fluido é limitado por superfícies sólidas. 
 Exemplo: escoamento em dutos, tubos. 
 
 
 
 Escoamento externo: o fluido envolve um objeto sólido. 
 Exemplo: escoamento sobre um avião. 
 
 
 
 Escoamento de canal aberto: se o duto estiver parcialmente cheio com líquido e 
houver uma superfície livre. 
 Exemplo: rios, valas de irrigação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-5C → Como é definido o número de Mach de um escoamento? O que um número de 
Mach 2 indica? 
 
Resolução: 
 
 O número de Mach é definido pela velocidade de escoamento e a velocidade do 
som. 
 Aplicações: foguetes, espaçonaves e outros sistemas que envolvem escoamentos 
de gás em altas velocidades. 
 
 O número de Mach 2 significa que o escoamento é hipersônico (Ma >> 1). 
 
1-6C → Quando um avião está voando a uma velocidade constante em relação ao chão, 
é correto dizer que o número de Mach deste avião também é constante? 
 
Resolução: 
 
 Não, pois o número de Mach não depende somente da velocidade. 
 
 Relação entre a velocidade característica e a velocidade do som correspondente às 
condições de referência. 
 
 
1-7C → Considere o escoamento de ar com um número de Mach 0,12. Este escoamento 
pode ser definido como incompressível? 
 
Resolução: 
 
 Sim, os escoamentos de gases podem ser considerados, em geral, como 
aproximadamente incompressíveis se as mudanças de densidade estiverem abaixo de 
cerca de 5%, que usualmente e o caso quando Ma < 0,3. Portanto, os efeitos da 
compressibilidade do ar podem ser desprezados para velocidades abaixo de cerca de 100 
m/s 
 
1-8C → O que é a condição de não escorregamento? Qual a sua causa? 
 
Resolução: 
 
 É a condição de velocidade nula em relação às fronteiras (paredes) limitando o 
escoamento. A parte líquida que está em contado com as extremidades, achamos que ela 
está escoando, mas ela não está, a velocidade dela é nula. Isso é a condição de não 
escorregamento, quando o fluido entra em contato com a extremidade do tubo e sua 
velocidade é nula. 
 
1-4C → (livro antigo) 
 
Resolução: 
 
 Escoamento forçado: o fluido e obrigado a fluir sobre uma superfície ou num tubo 
com o uso de meios externos como uma bomba ou uma ventoinha. 
 
 Escoamento natural: qualquer movimento do fluido e devido a meios naturais tal 
como o efeito de flutuação, que se manifesta como a elevação do fluido mais quente (e, 
portanto, mais leve) e na descida do fluido mais frio (e, portanto, mais denso). 
 
 O escoamento causado pelo vento em um corpo é forçado, pois para o corpo não 
faz diferença se o movimento do ar é causado por um vento não natural (ventilador). 
 
 
1-5C → (Livro antigo) 
 
Resolução: 
 
 A região de escoamento adjacente a parede na qual os efeitos viscosos (e, portanto, 
os gradientes de velocidade) são significativos e chamada de camada limite. A 
propriedade do fluido responsável pela condição de não-escorregamento e o 
desenvolvimento da camada limite e a viscosidade. 
 
 
1-7C → (Livro antigo) 
 
Resolução: 
 
 O termo em regime permanente implica não haver mudança com o passar do 
tempo. 
 Durante o período de escoamento em regime permanente, as propriedades do 
fluido podem mudar de local para local do dispositivo, porem em qualquer ponto fixo 
permanecem constantes. Portanto, o volume, a massa e o teor total de energia de um 
dispositivo de escoamento em regime permanente ou parte do escoamento permanecem 
constantes em uma operação estacionaria. 
 
 
1-8C → (Livro antigo) 
Resolução: 
 
 Tensão: e definida como forca por unidade de área e é determinada 
dividindo-se a forca pela área sobre a qual ela atua. 
 
 Tensão Normal: A componente normal da forca que atua sobre a 
superfície por unidade de área e chamada de tensão normal. 
 
 Tensão cisalhamento: a componente tangencial da forca que atua sobre uma 
superfície por unidade de área e chamada de tensão de cisalhamento 
 
 Pressão: Num fluido em repouso, a tensão normal e chamada de pressão. 
 
 
1-9C → (Livro antigo) 
 
Resolução: 
 
 Sistema: é definido como uma quantidade de matéria ou região do espaço 
escolhida para estudo. 
 
 Vizinhança: A massa ou região fora do sistema e denominada vizinhança. 
 
 Fronteira: A superfície real ou imaginaria que separa o sistema de sua vizinhança 
e chamada de fronteira 
 
 
1-10C → (Livro antigo) 
 
Resolução: 
 
 Sistema fechado: (também conhecido por massa de controle) consiste em uma 
quantidade fixa de massa, e nenhuma quantidade de massa pode cruzar sua fronteira. 
Porém, a energia sob a forma de calor ou de trabalho pode cruzar sua fronteira, e o volume 
de um sistema fechado não precisa ser fixo. Se, como um caso especial, nem a energia 
puder cruzar a fronteira, o sistema e chamado de sistema isolado. 
 
 Volume de controle: como e denominado frequentemente, e uma região do espaço 
selecionada apropriadamente. Em geral compreende um dispositivo que inclui 
escoamento de massa, tal como um compressor, turbina ou bocal. O escoamento através 
desses dispositivos e mais bem estudado selecionando-se dentro do próprio dispositivo a 
região a ser usada como volume de controle. Ambas, massa e energia, podem cruzar a 
fronteira do volume de controle. 
 
 
 
 
 
 
 
Massa, força e unidades 
 
1-18C → 
 
Resolução: 
 
 A palavra luz se refere à velocidade da luz. A unidade ano-luz é então o produto 
de uma velocidade e tempo. Portanto, este produto forma uma dimensão e unidade de 
distância.1-19C → Qual é a diferença entre kg-massa e kg-força? 
 
Resolução: 
 
 A força (o peso) é medida comumente em quilograma-força (kgf), em newton (N) 
ou em dina (dyn). Já a massa é medida em quilograma (kg), grama (g), tonelada (t), etc. 
Se considerarmos que o valor de g na superfície da Terra é de aproximadamente 10 m/s2, 
teremos então que um corpo com a massa de 1 kg pesa 10 N ou 1 kgf; um corpo com a 
massa de 2 kg pesa 20 N ou 2 kgf; e assim por diante. 
 
1-20C → Qual é a diferença entre libra-massa e libra-força? 
 
Resolução: 
 
 Libra-massa é uma unidade de massa e libra-força é uma unidade de força. Libra-
massa (lbm) e libra-força (lbf) NÃO são os mesmos. A massa de um objeto é constante 
de um lugar para outro (isto é, da Terra a Marte), mas a força que ele exerce é diferente. 
 
1-21C → Em uma reportagem, é afirmado que um motor turbo-fan recentemente 
desenvolvido produz 15.000 libras de impulso para impulsionar uma aeronave para 
frente. A “libra” mencionada aqui é lbm ou lbf? Explique. 
 
Resolução: 
 
 A libra mencionada é lbf, pois impulsiona e entendemos como uma “força”. 
 
 
1-22C → Qual é a força liquida de atua sobre um automóvel trafegando com velocidade 
constante de 70 km/h: 
(a) Numa estrada plana? 
 
(b) Numa estrada morro acima? 
 
Resolução: 
 
 Se a velocidade constante, não tem aceleração, portanto a força é zero nos dois 
casos. A força é proporcional a sua aceleração. 
 
1-23 → Um tanque de plastico de 6 kg com volume de 0,18 m³ está cheio com água 
líquida. Considerando que a densidade da água seja de 1000 kg/m³, determine o peso do 
sistema combinado. 
 
Resolução: 
 
𝑚𝑎 = 𝜌𝑉→ 𝑚𝑎 = 1000 ∗ 0,18 → 𝒎𝒂 = 𝟏𝟖𝟎 𝒌𝒈 
 
𝑚𝑎 → 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 á𝑔𝑢𝑎 
 
 
𝑚𝑇 → 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 
 
 
𝑚𝑡 → 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 
 
𝑚𝑇 = 𝑚𝑡 + 𝑚𝑎 → 𝑚𝑇 = 𝟏𝟖𝟔 𝒌𝒈 
 
𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = 186 ∗ 9,81 → 𝑾 = 𝟏𝟖𝟐𝟓 𝒌𝒈.
𝒎
𝒔𝟐
 𝒐𝒖 𝑾 = 𝟏𝟖𝟐𝟓 𝑵 
 
 
1-24 → Qual o peso, em N, de um objeto com massa de 200 kg em um local onde g = 
9,6 m/s²? 
 
Resolução: 
 
 
𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = 200 ∗ 9,6 → 𝑾 = 𝟏𝟗𝟐𝟎 𝒌𝒈.
𝒎
𝒔𝟐
 𝒐𝒖 𝑾 = 𝟏𝟗𝟐𝟎 𝑵 
 
 
1-25 → Qual é o peso de uma substância de 1 kg em N, kN, kg.m/s², kgf, lbm.ft/s² e 
lbf? 
Resolução: 
 
N → 𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = (1𝑘𝑔) (9,81
𝑚
𝑠2
) (
1 𝑁
1 𝑘𝑔.𝑚/𝑠²
)→ 𝑾 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝑵 
kN → 𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = (1𝑘𝑔) (9,81
𝑚
𝑠2
) (
1 𝑘𝑁
1000 𝑘𝑔.𝑚/𝑠²
)→ 𝑾 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟗𝟖𝟏 𝒌𝑵 
kg.m/s² → 𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = (1𝑘𝑔) (9,81
𝑚
𝑠2
)→ 𝑾 = 𝟏 𝒌𝒈. 𝒎/𝒔² 
kgf → 𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = (1𝑘𝑔) (9,81
𝑚
𝑠2
) (
1 𝑁
1 𝑘𝑔.𝑚/𝑠²
) (
1 𝑘𝑔𝑓
9,81 𝑁
)→ 𝑾 = 𝟏 𝒌𝒈𝒇 
lbm.ft/s² → 𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = (1𝑘𝑔) (
2,205 𝑙𝑏𝑚 𝑁
1 𝑘𝑔
) (32,2
𝑓𝑡
𝑠2
)→ 𝑾 = 𝟕𝟏 𝒍𝒃𝒎. 𝒇𝒕/𝒔² 
lbf → 𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = (1𝑘𝑔) (
2,205 𝑙𝑏𝑚 𝑁
1 𝑘𝑔
) (32,2
𝑓𝑡
𝑠2
) (
1 𝑙𝑏𝑓
32,2 𝑙𝑏𝑚.𝑓𝑡/𝑠²
)→𝑾 = 𝟐, 𝟐𝟏 𝒍𝒃𝒇 
 
1-26 → Determine a massa e o peso do ar contido em um compartimento cujas 
dimensões são 6 m x 6 m x 8 m. Considere a densidade do ar 1,16 kg/m³. 
Resolução: 
 
𝑚 = 𝜌𝑉→ 𝑚 = 1,16 [
𝑘𝑔
𝑚³
] ∗ (6 ∗ 6 ∗ 8)[𝑚3] → 𝒎 = 𝟑𝟑𝟒, 𝟎𝟖 𝒌𝒈 
 
 
𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = 334,08 ∗ 9,81 → 𝑾 = 𝟑𝟐𝟕𝟕, 𝟑𝟑 𝑵 
 
1-29 → A aceleração de aeronaves de alta velocidade é, por vezes, expressa em 
múltiplos de g ( múltiplos do valor padrão da gravidade). Determine a força resultante, 
em N, que um homem de 90 kg experimentaria em uma aeronave com aceleração de 6 
g. 
Resolução: 
 
𝐹 = 𝑚𝑎 → 𝐹 = 𝑚 ( 6 ∗ 𝑔) → 𝐹 = 90 (6 ∗ 9,81)→ 𝑭 = 𝟓𝟐𝟗𝟕, 𝟒 𝑵 
 
 
1-30 → Uma pedra de 5 kg é jogada para cima com uma força de 150 N em um local 
onde a aceleração gravitacional é 9,79 m/s². Determinar a aceleração da pedra em m/s². 
Resolução: 
 
𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = 5 ∗ 9,79 → 𝑾 = 𝟒𝟖, 𝟗𝟓 𝑵 
𝐹𝑇 = 𝐹𝑐𝑖𝑚𝑎 − 𝐹𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑏𝑎𝑖𝑥𝑜→ 𝐹𝑇 = 150 ∗ 48,95 → 𝑭𝑻 = 𝟏𝟎𝟏, 𝟎𝟓 𝑵 
𝑎 =
𝐹
𝑚
 → 𝑎 =
101,05
5
 → 𝒂 = 𝟐𝟎, 𝟐 𝒎/𝒔² 
 
 
 
 
 
 
1-61→ A velocidade de uma aeronave é de 260 m/s no ar. Se a velocidade do som no 
local é de 330 m/s, o voo da aeronave é: 
Resolução: 
Sônico Ma = 1 
Subsônico < que 1235 km/h < 343 m/s Ma < 1 
Supersônico 1482 km/h até 6175 km/h 412 m/s até 1716 m/s Ma = 1,2 a 3 
Hipersônico > que 6175 km/h > 1716 m/s Ma > 3 
 
(a) Sônico (b) Subsônico (c) Supersônico (d) Hipersônico 
 
1-62 → A velocidade de uma aeronave é de 1250 km/h. Se a velocidade do som no 
local é de 315 m/s, o número de Mach é: 
Resolução: 
(a) 0,5 (b) 0,85 (c) 1,0 (d) 1,10 (e) 1,20 
 
1-63 → Se massa, calor e trabalho não podem atravessar as fronteiras de um sistema, o 
sistema é chamado: 
 
(a) Isolado (b) Isotérmico (c) Adiabático (d) Massa de controle 
 
(e) Volume de controle 
 
Resolução: 
 
 Se, como um caso especial, nem a energia puder cruzar a fronteira, o sistema e 
chamado de sistema isolado. (pg 37 do livro) 
 
 
1-64 → O peso de uma massa 10 kg ao nível do mar é: 
 
(a) 9,81 N (b) 32,2 kgf (c) 98,1 N (d) 10 N (e) 100 N 
 
Resolução: 
 
𝑊 = 𝑚𝑔 → 𝑊 = 10 ∗ 9,81 → 𝑾 = 𝟗𝟖, 𝟏 𝑵 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Quil%C3%B4metro_por_hora
https://pt.wikipedia.org/wiki/Quil%C3%B4metro_por_hora
1-65 → O peso de uma massa de 1 lbm é: 
 
(a) 1 lbm.ft/s² (b) 9,81 lbf (c) 9,81 N (d) 32,2 lbf (e) 1 lbf 
 
1-66 → Um kJ não é igual a: 
 
(a) 1 kPa.m³ (b) 1 kN.m (c) 0,001 MJ (d) 1000 J (e) 1 kg.m²/s² 
 
 
1-67 → Qual é a unidade para quantidade de energia: 
 
(a) Btu/h (b) kWh (c) kcal/h (d) hp (e) kW