13
novatec Dinâmica dos fluidos Guia mangá Autor: Masahiro Takei Arte: Mai Matsushita • Produção: Office sawa
novatec
Dinâmica dos fluidos
Guia mangá
Autor: Masahiro Takei
Arte: Mai Matsushita • Produção: Office sawa
Original Japanese edition Manga de Wakaru Ryuutai Rikigaku by Masahiro Takei and Office Sawa.Copyright © 2009 by Masahiro Takei and Office Sawa.Published by Ohmsha, Ltd.3-1 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, JapanPortuguese language edition copyright © 2016 by Masahiro Takei and Office Sawa.Published by Novatec Editora Ltda.Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd.
Publicação original japonesa Manga de Wakaru Ryuutai Rikigaku por Masahiro Takei e Office Sawa.Copyright © 2009 por Masahiro Takei e Office Sawa.Publicado pela Ohmsha, Ltd.Edição em português copyright © 2016 por Masahiro Takei e Office Sawa.Publicado pela Novatec Editora Ltda.Direitos de tradução negociados com a Ohmsha, Ltd.
© Novatec Editora Ltda. 2016.
Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610 de 19/02/1998. É proibida a reprodução desta obra, mesmo parcial, por qualquer processo, sem prévia autorização, por escrito, do autor e da Editora.
Editor: Rubens PratesTradução: Ivan Luis LopesAssistente editorial: Priscila A. YoshimatsuEditoração eletrônica: Carolina Kuwabata e Camila KuwabataRevisão gramatical: Priscila A. Yoshimatsu
ISBN: 978-85-7522-481-6
Histórico de impressões:
Março/2016 Primeira edição
Novatec Editora Ltda.Rua Luís Antônio dos Santos 11002460-000 – São Paulo, SP – BrasilTel.: +55 11 2959-6529Email: [email protected]: www.novatec.com.brTwitter: twitter.com/novateceditoraFacebook: facebook.com/novatecLinkedIn: linkedin.com/in/novatecPY20160229
iv
Sumário
Prólogo Um sonho premonitório?! A garota oculta e a dinâmica dos fluidos 1
Capítulo 1 Propriedades e estática dos fluidos 11
1. Sólidos e fluidos ...................................................................................... 12
Tome um chá gelado ............................................................................ 12
2. Força e pressão ........................................................................................ 17
Cozinhando com a panela de pressão ................................................... 17
Vamos dominar a equação do equilíbrio das forças .................................... 23
3. Densidade e densidade relativa ................................................................25
O segredo do lámen ............................................................................25
4. Princípio de Pascal ..................................................................................28
Será que sou o Super-Homem?! ...........................................................28
5. A medição da pressão e a relação da altura da pressão .............................. 31
Me leve para mergulhar ....................................................................... 31
O significado do Δ em Δp .......................................................................... 35
Velocidade e aceleração ............................................................................. 36
Manômetro .............................................................................................. 37
6. Ação da pressão total sobre uma parede plana .........................................39
Fascinados pelo aquário ......................................................................39
7. Empuxo ..................................................................................................42
Por que os navios não afundam? ..........................................................42
Capítulo 2 Equações básicas da corrente 49
1. Diversos termos utilizados na dinâmica dos fluidos .................................50
Sem mudanças (Escoamento constante e escoamento instável) .............. 52
Mesma velocidade, mesma direção
(Escoamento uniforme e escoamento não uniforme) .............................53
Surge a partícula de fluido! (Velocidade de escoamento e vazão) ...............55
Perseguir? Emboscar? (Método de Lagrange e método de Euler) ...........56
Aquela linha ou esta linha
(Linhas de corrente, trajetória e tubo de corrente) .................................58
O que eu aprendi brincando com água (A força aplicada nos fluidos) ....60
Vamos distribuir as cartas (Força de cisalhamento) ...............................63
v
2. Equação de continuidade ........................................................................66
Não existe abdução?! (Lei da conservação das massas) ..........................66
Sobre a equação de continuidade .............................................................. 70
3. Teorema de Bernoulli .............................................................................. 71
Vamos andar na montanha-russa!
(Lei da conservação da energia dos corpos) .......................................... 71
Viajando pela linha de corrente
(A lei da conservação da energia dos fluidos e o teorema de Bernoulli) ..72
A unidade de energia ................................................................................ 75
Pisei na mangueira! (Relação entre a velocidade e a pressão) ..................76
4. Lei da conservação da quantidade de movimento ....................................80
Vamos brincar com o pêndulo de Newton
(Lei da conservação da quantidade de movimento) ...............................80Compreensão da lei da conservação da quantidade de movimento por meio do pêndulo de Newton ............................................................................. 81
Aplicando uma força externa (impulso) ................................................83
Na sala secreta...
(Lei da conservação da quantidade de movimento dos fluidos) .............86
Capítulo 3 Escoamento laminar e escoamento turbulento 95
1. Correntes que contêm viscosidade ..........................................................96
É pastoso ou corre livremente? (Viscosidade) ........................................98
Um cara chato que atrapalha a corrente?! (Força viscosa) ......................99
Acelerando e desacelerando (O mecanismo da força viscosa) ............... 100
Será uma ilusão? (Fluido ideal e fluido viscoso) .................................. 104
Qual será o gradiente de velocidade? (Lei da viscosidade de Newton) .. 106
Quão pegajoso? (Viscosidade e viscosidade dinâmica) .........................110
A grande lei que mostra as características do escoamento?!
(Número de Reynolds) ....................................................................... 111
2. Escoamento laminar e escoamento turbulento ........................................113
Observando a fumaça (Escoamento laminar e escoamento turbulento) 113
Derramando tinta (O experimento de Reynolds) .................................115
Ficou bêbado♪ (Características do escoamento turbulento) ...............116
vi
3. O escoamento laminar dentro do cano ....................................................117
O escoamento dentro do canudo (Velocidade média do escoamento e distribuição da velocidade do escoamento) ..........................................117
Vamos olhar cuidadosamente para a equação!
(Escoamentos que assumem a distribuição parabólica) ....................... 120
A identidade da força misteriosa? (Diferença de pressão) ..................... 122
Quero beber muuuito! (Relação entre a viscosidade absoluta e a vazão) 126
Será que podemos beber o milk-shake com segurança?
(Equação de Bernoulli estendida) ....................................................... 128
Perda de pressão em um tubo flexível .......................................................134
A água que sobra na banheira e o petróleo do mar Arábico?! .....................138
Capítulo 4 Arrasto e sustentação 139
1. Arrasto e sustentação sobre os corpos ................................................... 140
Por que os pássaros e os aviões podem voar? (Sustentação).................. 143
Por que os veleiros avançam na direção do vento?
(Aplicação da sustentação) ................................................................. 146
Qual será o ponto em comum entre as asas e as velas?
(Teorema da curvatura das linhas de corrente) .....................................149
O misterioso fenômeno da colher?! (Experimento de sustentação) ...... 153
Cansei de nadar (Arrasto) .................................................................. 155
Um dilema difícil! (Coeficiente de arrasto e coeficiente de sustentação) 157
Vamos estolar?! (Ângulo de ataque, separação) ....................................161
2. Forças que agem em corpos que giram ................................................... 163
Por que a bola curva faz curva? (Efeito Magnus) ................................. 163
Naquele momento, a bola fez uma curva ...................................................167
3. Separação da corrente ........................................................................... 172
Enrugado é melhor que liso?! (Redução da resistência do ar) ............... 172
Um evento assustador em um mundo pequeno?! (Separação)...............174
Epílogo 182
Referências bibliográficas ......................................................................... 193
Índice ....................................................................................................... 194
Capítulo 1Propriedades e estática
dos fluidos
Uaaaaau!
Nós vamos estudar a dinâmica dos fluidos aqui?!
É mais fácil aprender
praticando.
Por sorte euconsegui autorização
pra usar a sala.
Eu fiquei pensando no que faríamos aqui quando vi
o recado que vocês deixaram no clube.
Ah, é?! Quebacana, né?!
Desculpe por não ter avisado antes.
Então, vamos começar?
1 Sólidos e fluidos
Tome um chá gelado
Capítulo 2Equações básicas da corrente
O rio! o Verde! O canto dos pássaros! O campo é mesmo
muito bom, né?!
Pra Eki foiuma escolhabem refinada.
Tem até um chalé! Vamos ficar todos juntos lá!
Hehehehe...
Eu sei, Eu sei...
Na verdade... aqui sempre aparecem coisas à noite. É um lugar famoso por
aparições fantasmagóricas...
Mal posso esperar!
Ah!
1 Diversos termos utilizadosna dinâmica dos fluidos
Oooohh...
Uá-há-há
50 Capítulo 2 Equações básicas da corrente
Capítulo 3Escoamento laminar e
Escoamento Turbulento
Ai, ai...
O acampamento foitão divertido...!
"A corrente dorio não cessa"...
"e a água nuncaé a mesma"! Isso
significa que não existe abdução. A equação de
alguma coisa...
E agora,
é a dinâmica dos fluidos, não é, professora?!
Opa?! O queera mesmo?!
... e aí, eu não consegui mais tirar a dinâmica
dos fluidos da cabeça
e a aula dejaponês foi
terrível!
Eu queria estudar a dinâmica dos fluidoscom o pessoal numa
viagem de novo...
1 Correntes quecontêm viscosidade
A corrente do rio...
Blam!
HAHAHA
96
Capítulo 4Arrasto e sustentação
cri
cri
cri
cri
por enquanto acabou...
... Bem
Não, faltam sóduas semanas para
o simulado...
Eu não tenho nada pra fazer
mesmo...
Vou estudar mais um pouco.
Vamos ve...
Hum? É doShiraishi... elenunca manda mensagem.
……………
Praia?
1 Arrasto e sustentação sobre os corpos
Ai, ai...
Pac
140 Capítulo 4 Arrasto e sustentação
