Lição de casa da aula: Fluxo Laminar e Turbulento de Fluidos Viscosos Física

Nesta atividade, nós vamos praticar a modelar o movimento de líquidos viscosos que podem ter fluxo laminar uniforme ou fluxo turbulento não uniforme.

Questão 1

Água que flui por um tubo tem uma viscosidade dinâmica de 8,9×10 Pa⋅s e uma densidade de 1‎ ‎000 kg/m3. O tubo tem um diâmetro interno de 0,0055 m.

Qual é a velocidade média abaixo da qual o fluxo de água deve estar para que o número de Reynolds do fluxo se mantenha abaixo de 2‎ ‎300?

Acima de que velocidade média do fluxo de água irá o número de Reynolds exceder 2‎ ‎900?

Questão 2

Água que flui num tubo tem uma viscosidade dinâmica de 8,9×10 Pa⋅s e uma densidade de 1‎ ‎000 kg/m3. O tubo tem um diâmetro interno de 0,025 m e a água flui a uma velocidade média de 0,15 m/s. Qual é o número de Reynolds do fluxo?

Questão 3

Um fluído viscoso flui num tubo de área de secção transversal constante perpendicular à direção do fluxo. O diagrama mostra uma secção transversal paralela à direção do fluxo. O fluido move-se em camadas horizontais em fluxo laminar a velocidades de 𝑣 a 𝑣. Qual das seguintes opções descreve corretamente a relação entre as velocidades das camadas?

  • A𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • B𝑣=𝑣, 𝑣>𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣>𝑣
  • C𝑣>𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣>𝑣, 𝑣=𝑣
  • D𝑣<𝑣<𝑣<𝑣<𝑣
  • E𝑣=𝑣=𝑣=𝑣=𝑣

Questão 4

Os diagramas mostrados representam os limites das camadas de um líquido viscoso, que se movem em velocidades diferentes quando o líquido flui por um recipiente. Qual dos diagramas representa corretamente os limites das camadas para o líquido que flui através de um recipiente no qual o topo do recipiente é movido em relação à base do recipiente?

  • A
  • B

Questão 5

Um volume de um fluido é mantido entre duas placas horizontais paralelas, como se mostra no diagrama. A placa acima do volume de fluido move-se horizontalmente a uma velocidade 𝑣. Camadas horizontais de fluido movem-se num fluxo laminar nas velocidades 𝑣 a 𝑣. Qual das seguintes opções descreve corretamente a relação entre as velocidades das camadas?

  • A𝑣<𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣<𝑣
  • B𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • C𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • D𝑣>𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣>𝑣
  • E𝑣=𝑣=𝑣=𝑣=𝑣

Questão 6

Um dado volume de um fluido não viscoso é mantido entre duas placas paralelas horizontais, como se mostra no diagrama. A placa por cima do volume de fluido move-se horizontalmente a uma velocidade 𝑣. As camadas horizontais do fluido movem-se a velocidades de 𝑣 a 𝑣. Qual das seguintes opções descreve corretamente a relação entre as velocidades das camadas?

  • A𝑣=𝑣=𝑣=𝑣=𝑣
  • B𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • C𝑣>𝑣>𝑣>𝑣>𝑣
  • D𝑣>𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣>𝑣
  • E𝑣<𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣=𝑣, 𝑣<𝑣

Questão 7

Os diagramas mostrados representam os limites das camadas de um líquido viscoso que se movem em velocidades diferentes quando o líquido flui por um tubo. Qual dos diagramas representa corretamente os limites das camadas do líquido?

  • A
  • B

Questão 8

Uma placa de massa 2,5 g é empurrada por uma força constante 𝐹=0,50mN, movendo-se a uns constantes 1,32 cm/s na superfície de um líquido viscoso que tem 2,5 mm de profundidade, como se mostra no diagrama. As velocidades das camadas do líquido entre a placa e a camada inferior do líquido são as apresentadas no diagrama. O líquido em contacto com as placas em cima e em baixo movem-se à mesma velocidade à medida que as placas se movem. Qual é a viscosidade dinâmica do líquido?

  • A1,7×10 Pa⋅s
  • B5,5×10 Pa⋅s
  • C3,0×10 Pa⋅s
  • D9,4×10 Pa⋅s
  • E8,5×10 Pa⋅s

Questão 9

Uma placa fina de área 0,25 m2 é empurrada horizontalmente por uma força constante de 150 µN através da superfície da água que tem uma viscosidade dinâmica de 8,9×10 Pa⋅s. Qual é a taxa de variação da velocidade da água abaixo da placa com a distância vertical dela?

Questão 10

O diagrama mostra uma seção transversal das linhas de fluxo de um líquido fluindo ao redor de um cilindro. Antes que o fluido alcance o cilindro, o fluxo é laminar. Depois que o fluxo passa atrás do cilindro, há uma região de fluxo turbulento. Porém, após a região de fluxo turbulento, o fluxo volta a ser laminar. Qual das afirmações a seguir explica mais corretamente por que o fluxo turbulento retorna a uma condição de fluxo laminar?

  • AEm regiões de fluxo turbulento, a energia cinética do fluido é dissipada por atrito viscoso, reduzindo a velocidade média do fluido. Conforme o fluido desacelera, ele se torna menos turbulento.
  • BA viscosidade dinâmica do líquido é aumentada na região turbulenta. O fluido diminui em viscosidade à medida que sai da região turbulenta.
  • CO líquido que flui se expande na região turbulenta. O fluido se comprime ao sair da região turbulenta.

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