Colocando o fluido em movimento em Física

Líquido deslocado por aceleração

O objetivo da hidrodinâmica é estudar o comportamento dos fluídos em uma situação de movimento. Para isso, nossa primeira analisa será do comportamento de um recipiente com água quando esse recipiente entra em movimento

Imagine que você tem um balde com água como na Figura 01 (lado esquerdo) e esse balde começa a descrever um movimento acelerado. Por conta da 1° Lei de Newton, o líquido contido no balde será deslocado para trás gerando uma determinada inclinação (bem parecido com o plano inclinado). A aceleração desse recipiente pode ser calculada da seguinte forma:

a = g.tgθ

Sendo “g” a aceleração da gravidade, “a” a aceleração do recipiente e o ângulo de inclinação do líquido com a horizontal.

A ideia de vazão

A Vazão de um fluido tem como objetivo medir a quantidade de massa e/ou volume de determinado fluido que passa por uma secção (S) por unidade de tempo.

Podemos descrever a vazão volumétrica da seguinte forma:

ϕ = Volume / ∆t

Sendo a letra grega que representa a vazão. Utilizando as unidades do SI, teríamos um volume sendo medido em m³/s. Caso você encontre uma vazão de 10 m³/s, você pode interpretar que passam 10 m³ de volume de um determinado fluido a cada segundo. Essa interpretação também pode ser levada vazão utilizada massa como parâmetro. Caso você tenha como dado uma vazão de 100 kg/s, isso significa que passam 100 kg de um determinado fluido a cada segundo.

Equação de continuidade

A equação da continuidade relaciona a velocidade (v) apresentada por um determinado fluido em relação a sua secção (S) para um tubo de vazão constante.

Considerando um tubo de secção variável, S1 e S2, onde a vazão é constante. Dizer que a vazão é constante significa dizer que o volume de fluido que passa pela área A1 é a mesmo que passa pela área A2.

ϕ₁ = ϕ₂

Além da expressão de vazão descrita no tópico anterior, também podemos descrever vazão de um fluido de acordo com a velocidade que esse fluido desenvolve e a área.

ϕ =A.v

Com a vazão sendo constante, temos:

A₁.v₁=A₂.v₂

Sabe quando você vai limpar o quintal com uma mangueira e apertar a mangueira com o dedo para a água sair “mais forte”? A equação de continuidade explica isso! Ao fechar parte da saída de água com o dedo, pela vazão de água ser constante de acordo com o registro, a velocidade da água ao sair aumenta.

Equação de Bernoulli

A Equação de Bernoulli é um tipo de equação de conservação de energia vinculada a movimentação de fluidos. Considere um tubo de secção variável

A Equação de Bernoulli apresenta a seguinte forma:

Onde:

p=pressão do fluido

d=densidade do fluido

v=velocidade do fluido

h=altura do fluido em relação a um referencial pré-determinado

g=aceleração da gravidade