Mecânica dos Fluidos

O Que é Viscosidade - Lei de Newton da Viscosidade

Conteúdo da Aula:

A aula anterior nós apresentamos a experiência das duas placas, de onde vem a definição de fluido.

Uma consequência dessa experiência é a observação de uma variação de velocidade do fluido entre as placas inferior e superior. Seja uma força F aplicada sobre uma superfície de área A conforme ilustrado na figura 1. A Tensão de Cisalhamento pode ser calculada através da fórmula 01.

Outro fato importante da experiência anterior: A placa superior é acelerada pela aplicação da força Ft. No entanto, após um certo instante a velocidade (vo) passa a ser constante. Mas, e a lei de Newton: F = m . a ? Para vo= Cte implica em a = zero, assim o somatório de forças deve ser Zero, ou seja, temos, “Equilíbrio Dinâmico”. De onde vem a força que a anula a força Ft?

Lembra do "Princípio da Aderência"? Por conta dele teremos as diferenças de velocidade, ou seja, teremos uma deslizamento entre camadas, conforme indicado na figura 02. Esse deslizamento é o efeito no fluido equivalente a cortar um sólido. Se cortamos, então temos tensões de cisalhamento.

Daí verificamos que existe uma resistência interna do fluido a escoar, é essa força interna que anula a força tangencial aplicada à placa.

Isaac Newton percebeu em seus estudos que em muitos fluidos a tensão de cisalhamento é proporcional ao gradiente de velocidade, ou seja, à variação de velocidades na direção de y, conforme ilustrado na figura 3. A essa observação é chamada de Lei de Newton da Viscosidade. Os fluidos que obedecem a essa lei são chamados de Fluidos Newtonianos e aqueles que não obedecem de fluidos não-Newtonianos.

Para sairmos de uma proporcionalidade para uma igual, basta acrescentar na lei de Newton da viscosidade a propriedade do fluido que corresponde a maior ou menor dificuldade de escoamento. A essa propriedade dá-se o nome de viscosidade, também chamada de viscosidade absolutas ou viscosidade dinâmica. Assim, a equação se torna conforme apresentado na equação 2.

A viscosidade varia com a temperatura. Em líquidos ela diminui com a o aumento da temperatura enquanto que em gases ela aumenta com o aumento da temperatura.

Quando a distância entre as duas superfícies, móvel e estacionária é pequena, podemos aproximar a equação 2 conforme representado na equação 3.

Figuras e Fórmulas:

CONSIDERAÇÕES SOBRE A MECÂNICA DOS FLUIDOS

A Mecânica dos Fluidos é uma disciplina da engenharia muito importante, pois ela trata da interação dos fluidos em diversos sistemas.

Fluido nada mais é do que a junção dos líquidos em gases em uma única classificação, assim passamos a dividir o estudo da mecânica em dois, o estudo relativo aos sólidos e o estudo relativos aos fluidos.

Entender os conceitos da Mecânica dos Fluidos é fundamental para qualquer aspirante a engenheiro, até mesmo os técnicos e tecnologos.

Os princípios da Mecânica dos Fluidos estão inseridos em qualquer sistemas que envolva um líquido ou gás (também vapor) e portanto, essencial na engenharia.

Nossa playlist de Mecânica dos Fluidos aborda os seguintes temas:

  • Introdução

    • Conceito técnico de Fluido​

    • Lei de Newton da Viscosidade e Tensão de Cisalhamento

    • Fluidos Newtonianos e Fluidos Não-Newtonianos

    • Conceito de Viscosidade Dinâmica

    • Conceito de Massa Específica

    • Conceito de Peso Específico

    • Conceito de Densidade Relativa ou Peso Específico Relativo

    • Conceito de Viscosidade Cinemática

  • Estática dos Fluidos​

    • Conceito de Pressão​

    • Princípio de Stevin

    • Lei de Pascal

    • Conceito de Carga de Pressão

    • Superfícies Submersas e Comportas

    • Manometria e Manômetro em U

  • Cinemática dos Fluidos

    • Conceito de Escoamento em Regime Permanente e Não-Permanente​

    • Conceito de Escoamento Laminar, Escoamento de Transição e Escoamento Turbulento

    • Número de Reynolds

    • Conceito de Escoamento Ideal ou Não-Viscoso

    • Conceito de Escoamento Incompressível

    • Conceito de Linhas de Corrente e Trajetória

    • Conceito de Escoamento Uniforme

    • Conceito de Velocidade Média na Seção

    • Conceito de Vazão Volumétrica

    • Conceito de Vazão em Massa

    • Equação da Continuidade

    • Lei de Conservação da Massa

  • Equação da Energia​

    • Energias Mecânicas Associadas ao Fluido​

    • Equação de Bernoulli

    • Equação da Energia na presença de Uma Bomba ou Uma Turbina

    • Equação da Energia Para um Fluido Real

    • Altura Manométrica da Bomba

    • Potência Hidráulica e Potência de Eixo

  • Equação da Continuidade de Movimento​

    • Cálculo de Força Exercida por Um Fluido​

  • Cálculo de Perda de Carga​

    • Conceito de Raio Hidráulico e Diâmetro Hidráulico​

    • Conceito de Rugosidade Real, Rugosidade Uniforme e Rugosidade Equivalente

    • Diagrama de Moody-Rouse

    • Cálculo de Perda de Carga Distribuída

    • Cálculo de Perda de Carga Localizada pelo comprimento equivalente e pelo coeficiente de perda de carga localizada.

  • Exercício: Instalação de Bombeamento​

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