Mecânica dos Fluidos: Conceitos, Tipos e Exercícios

Classificação dos Fluidos

• Fluidos Newtonianos: Apresentam tensão cisalhante diretamente proporcional à taxa de deformação angular, sendo a constante de proporcionalidade a viscosidade dinâmica (µ).
• Fluidos Não Newtonianos: A relação entre a tensão cisalhante e a taxa de deformação angular depende do valor da tensão e do tempo de aplicação.
• Fluido Ideal: Fluido sem viscosidade (µ=0); o escoamento é sem atrito e não existem tensões cisalhantes.

Lei de Newton da Viscosidade

A tensão cisalhante que atua numa interface tangente à direção do escoamento é proporcional ao gradiente de velocidade na direção normal à superfície.

Tipos de Fluidos Não Newtonianos

• Fluido Pseudoplástico: A viscosidade aparente decresce conforme a taxa de deformação cresce (torna-se mais fino sob tensão). Exemplos: soluções de polímeros, suspensões coloidais e polpa de papel.
• Fluido de Bingham (Plástico Ideal): Não se deforma até que seja atingida uma tensão crítica de cisalhamento (τ₀). Exemplos: suspensões de argila e pasta de dente.
• Fluido Dilatante: A viscosidade aparente cresce conforme a taxa de deformação cresce (torna-se mais espesso sob tensão). Exemplos: suspensões de amido e areia.

Medidas de Pressão

• Pressão Absoluta = Pressão Manométrica + Pressão Barométrica
• Pressão Absoluta = Pressão Barométrica – Pressão subatmosférica (“vácuo”)

Exercícios Resolvidos

1) Cálculo de Pressão em Caixa d'Água

Uma caixa d'água de base 1,2m x 0,5m (área = 0,6 m²) e altura de 1m pesa 1000N.

• a) Vazia: P = F/A = 1000 / 0,6 = 1666,67 Pa
• b) Cheia: Peso da água = 0,6m³ * 10000N/m³ = 6000N. P = (1000 + 6000) / 0,6 = 11666,67 Pa

Questões Propostas

1. Uma placa circular com diâmetro de 0,5m possui peso de 200N. Determine a pressão exercida sobre o solo.
2. Reservatórios cúbicos enchidos em 100s e 500s. Determinar a velocidade média na seção (A) com diâmetro de 1m.
3. Tanque de gasolina com infiltração de água (densidade gasolina = 0,68). Determine a pressão absoluta no fundo.
4. Mistura de água (20L/s) e óleo (10L/s) em tubo de 30cm². Determine a massa específica da mistura e a velocidade.
5. Areia movediça: É um fluido não newtoniano, pois sua viscosidade varia com a tensão aplicada. A diferença de massa específica em relação ao corpo humano limita o afundamento até a cintura.
6. Hidrômetro: Massa de 2,2g, haste de 3mm de diâmetro. Calcule a diferença de altura de flutuação em óleo (ρ=0,780) e álcool (ρ=0,821).