Mecanica Dos Fluidos

Etapa 1

Passo 1

1.1 - Fluidos

1.1.1 - Conceitos e definição de fluido

Um fluido é uma substância que se deforma continuamente quando submetida a uma tensão de cisalhamento, não importando o quão pequena possa ser essa tensão. Um subconjunto das fases da matéria, os fluidos incluem os líquidos, os gases, os plasmas e, de certa maneira, os sólidos plásticos.

Os fluidos compartilham a propriedade de não resistir à deformação e apresentam a capacidade de fluir (também descrita como a habilidade de tomar a forma de seus recipientes). Estas propriedade são tipicamente em decorrência da sua incapacidade de suportar uma tensão de cisalhamento em equilíbrio estático. Enquanto em um sólido, a resistência é função da deformação, em um fluido a resistência é uma função da razão de deformação. Uma consequência deste comportamento é o Princípio de Pascal o qual caracteriza o importante papel da pressão na caracterização do estado fluido.

Fluidos podem ser classificados como fluidos newtonianos ou fluidos não-newtonianos, uma classificação associada à caracterização da tensão, como linear ou não-linear no que diz respeito à dependência desta tensão com relação à deformação e à sua derivada. O comportamento dos fluidos é descrito por um conjunto de equações diferenciais parciais, incluindo as equações de Navier-Stokes.

A definição de fluido é introduzida, normalmente, pela comparação dessa substancia com um sólido. A definição mais elementar diz: Fluido é uma substancia que não tem uma forma própria, assume o formato do recipiente. Como mostra a Figura 1.1.

Os fluidos são, portanto, os líquidos e gases. Líquidos formam uma superfície livre, isto é, quando em repouso apresentam uma superfície estacionária não determinada pelo recipiente que contém o líquido. Os gases apresentam a propriedade de se expandirem livremente quando não confinados (ou contidos) por um recipiente, não formando, portanto uma superfície livre.

A superfície livre característica dos líquidos é uma propriedade da presença de tensão interna e atração/repulsão entre as moléculas do fluido, bem como da relação entre as tensões internas do líquido com o fluido ou sólido que o limita.

Um fluido que apresenta resistência à redução de volume próprio é denominado fluido incompressível, enquanto o fluido que responde com uma redução de seu volume próprio ao ser submetido à ação de uma força é denominado fluido compressível.

1.1.2 - Tensão de cisalhamento – Lei de Newton da viscosidade

Define-se tensão de cisalhamento média como sendo o quociente entre o módulo da componente tangencial da força e a área sobre a qual esta aplicada.

τ=F_t/A

Em outras palavras: tensão de cisalhamento τ é a força tangencial por unidade de área. As unidades mais utilizadas para essa grandeza serão o kgf/m² do sistema MK*S (Técnico), o dina/cm² (CGS) e o N/m² (SI).

1.1.3 - Viscosidade

A viscosidade é a propriedade