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6) [0,5] No escoamento de água em um rio com profundidade 2 m a tensão de cisalhamento crítica para início da erosão, em que o material do fundo começa a ser arrastado pelo escoamento, é igual a τ_{crit}=0,71 Pa. Supondo que o perfil de velocidades na vertical obedece à lei logarítmica, com velocidade na superfície ū_{sup}=1,0 m/s, determine se existe risco de erosão.
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Praticando Para Aprender

há 2 meses

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há 2 meses

Para determinar se existe risco de erosão, precisamos calcular a tensão de cisalhamento gerada pelo escoamento da água no fundo do rio e compará-la com a tensão de cisalhamento crítica (τ_{crit}). A tensão de cisalhamento (τ) pode ser calculada pela fórmula: \[ \tau = \rho \cdot g \cdot h \cdot S \] onde: - \(\rho\) é a densidade da água (aproximadamente \(1000 \, kg/m^3\)), - \(g\) é a aceleração da gravidade (\(9,81 \, m/s^2\)), - \(h\) é a profundidade do rio (\(2 \, m\)), - \(S\) é a inclinação da superfície do rio (se não for dada, pode ser considerada como 0 para um rio horizontal). Se considerarmos um rio horizontal (S = 0), a tensão de cisalhamento será zero, o que não causaria erosão. No entanto, se houver uma inclinação, precisamos calcular a velocidade média na profundidade usando a lei logarítmica. A velocidade média na profundidade pode ser dada pela fórmula: \[ u(z) = \frac{u_{sup}}{\kappa} \ln\left(\frac{z}{z_0}\right) \] onde: - \(u_{sup} = 1,0 \, m/s\) é a velocidade na superfície, - \(\kappa\) é a constante de von Kármán (aproximadamente 0,41), - \(z_0\) é a altura de rugosidade (que deve ser conhecida ou estimada). Com a velocidade média, podemos calcular a tensão de cisalhamento na base do rio e compará-la com \(τ_{crit} = 0,71 \, Pa\). Se a tensão de cisalhamento calculada for maior que \(0,71 \, Pa\), existe risco de erosão. Se for menor, não há risco. Portanto, você precisa calcular a tensão de cisalhamento com os dados fornecidos e verificar se é maior ou menor que \(0,71 \, Pa\) para concluir se há risco de erosão.

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