Lista de exercícios - Balanço de quantidade de movimento

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Lista 5 de exercícios complementares 
Fenômenos de transporte 5 
Exercícios sobre balanço de quantidade de movimento 
(“segunda lei de Newton”) 
OBSERVAÇÕES 
- O balanço de massa e de energia são frequentemente utilizados em 
conjunto com o balanço de quantidade de movimento. 
- Não esquecer que se alguma componente de força e/ou de 
velocidade está contra o eixo que você (ou o exercício) estipula, 
deve entrar com sinal negativo para o balanço de quantidade de 
movimento. 
- Estipular a(s) força(s) de contato com algum sentido e saber que se 
der sinal negativo em alguma componente, o sentido dela é o 
contrário do que estipulou inicialmente. Por força de contato 
compreenda, por exemplo, a ação das paredes da tubulação sobre o 
fluído, que é seu sistema aberto no diagrama de corpo livre. 
- Observe que em muitos exercícios vocês precisarão da massa 
específica do fluído (densidade), mas o valor não é fornecido. Isto 
porque o livro considera água, geralmente com masa espacífica de 
1000Kg/m3. 
 
Exercícios do livro Potter & Wiggert, 2004 (Mecânica dos 
fluídos, editora Thomson). 
- Equação da quantidade de movimento: 4.112; refaça o exercício 
4.112 considerando o eixo x em sentido oposto; 4.113 (somente um 
dos itens é o suficiente, mas o ideal é fazer todos para avaliar o 
impacto do valor dado no resultado final); 4.114; 4.140. 
Demais exercícios selecionados 
 
1 – Determine as componentes da força da água que age sobre a 
placa da figura que segue. Considere: ρ = 103 kg/m3. 
a) a placa estacionária. 
b) a placa movimentando-se para a direita a 40 m/s. 
c) a placa movimentando-se para a esquerda a 40 m/s. 
 
 
2 – Água escoa no sistema de tubulação “horizontal” em T 
representado no desenho a seguir. Encontre as componentes x e y da 
força que age sobre a tubulação. Despreze os efeitos viscosos (atrito 
do fluído em escoamento) para efeito de cálculo da perda de carga 
no escoamento. 
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3 – Automóveis foram projetados por alunos de graduação da 
UFSCar para concorrerem a uma corrida sobre trilhos em um evento 
cientifico. Os carrinhos foram projetados de modo a serem 
impulsionados por um jato de água liberado a partir da base de um 
tanque. O funcionamento básico se assemelha ao de um foguete. A 
figura a seguir contém três dos projetos que correrão pelo prêmio de 
R$100. 
 
 
Observe que o tanque está sobre o carrinho e que nos casos A e B 
aparatos foram colocados em frente ao tanque de modo a desviar os 
jatos de água. Resolva os itens a seguir considerando os níveis dos 
tanques constantes e perceba que assim a massa total de cada 
automóvel será constante durante toda a corrida. 
 
(a) Com base em intuição, dar o sentido de deslocamento dos 
automóveis. 
(b) Com base em intuição, avalie qual carrinho você espera que 
vença a corrida se a massa de todos os carinhos for M e se não há 
atrito com os trilhos que os guiam. 
(c) Justificar com cálculos: qual carrinho deverá vencer se não há 
atrito com os trilhos que os guiam e dados: d = 1,6 pol; ρ = 62 
lbm/ft3; u = umédia = 10 ft/s; MA = 2MB = 1/4MC? Avalie também 
qual serão os sentidos de deslocamento dos automóveis com base em 
suas contas. 
(d) Com base em intuição, avalie se existe qualquer possibilidade do 
atrito que poderá de fato existir com os trilhos alterar o resultado da 
previsão em c.