Dinâmica dos fluidos

Guia mangá
Dinâmica dos fluidos
Autor: Masahiro Takei
Arte: Mai Matsushita • Produção: Office sawa
novatec
Original Japanese edition Manga de Wakaru Ryuutai Rikigaku by Masahiro Takei and Office Sawa.
Copyright © 2009 by Masahiro Takei and Office Sawa.
Published by Ohmsha, Ltd.
3-1 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, Japan
Portuguese language edition copyright © 2016 by Masahiro Takei and Office Sawa.
Published by Novatec Editora Ltda.
Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd.
Publicação original japonesa Manga de Wakaru Ryuutai Rikigaku por Masahiro Takei e Office Sawa.
Copyright © 2009 por Masahiro Takei e Office Sawa.
Publicado pela Ohmsha, Ltd.
Edição em português copyright © 2016 por Masahiro Takei e Office Sawa.
Publicado pela Novatec Editora Ltda.
Direitos de tradução negociados com a Ohmsha, Ltd.
© Novatec Editora Ltda. 2016.
Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610 de 19/02/1998. É proibida a reprodução desta obra, mesmo
parcial, por qualquer processo, sem prévia autorização, por escrito, do autor e da Editora.
Editor: Rubens Prates
Tradução: Ivan Luis Lopes
Assistente editorial: Priscila A. Yoshimatsu
Editoração eletrônica: Carolina Kuwabata e Camila Kuwabata
Revisão gramatical: Priscila A. Yoshimatsu
ISBN: 978-85-7522-481-6
Histórico de impressões:
Março/2016
Primeira edição
Novatec Editora Ltda.
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PY20160229
Sumário
Prólogo Um sonho premonitório?! A garota oculta e a dinâmica dos fluidos1
Capítulo 1 Propriedades e estática dos fluidos
11
1. Sólidos e fluidos....................................................................................... 12
Tome um chá gelado............................................................................. 12
2. Força e pressão......................................................................................... 17
Cozinhando com a panela de pressão.................................................... 17
Vamos dominar a equação do equilíbrio das forças..................................... 23
3. Densidade e densidade relativa.................................................................25
O segredo do lámen.............................................................................25
4. Princípio de Pascal...................................................................................28
Será que sou o Super-Homem?!............................................................28
5. A medição da pressão e a relação da altura da pressão............................... 31
Me leve para mergulhar........................................................................ 31
O significado do Δ em Δp........................................................................... 35
Velocidade e aceleração.............................................................................. 36
Manômetro............................................................................................... 37
6. Ação da pressão total sobre uma parede plana..........................................39
Fascinados pelo aquário....................................................................... 39
7. Empuxo...................................................................................................42
Por que os navios não afundam?...........................................................42
Capítulo
2 Equações básicas da corrente
49
1. Diversos termos utilizados na dinâmica dos fluidos..................................50
Sem mudanças (Escoamento constante e escoamento instável)............... 52
Mesma velocidade, mesma direção
(Escoamento uniforme e escoamento não uniforme).............................. 53
Surge a partícula de fluido! (Velocidade de escoamento e vazão)................55
Perseguir? Emboscar? (Método de Lagrange e método de Euler)............56
Aquela linha ou esta linha
(Linhas de corrente, trajetória e tubo de corrente)..................................58
O que eu aprendi brincando com água (A força aplicada nos fluidos).....60
Vamos distribuir as cartas (Força de cisalhamento)................................63
iv
2. Equação de continuidade.........................................................................66
Não existe abdução?! (Lei da conservação das massas)...........................66
Sobre a equação de continuidade............................................................... 70
3. Teorema de Bernoulli............................................................................... 71
Vamos andar na montanha-russa!
(Lei da conservação da energia dos corpos)........................................... 71
Viajando pela linha de corrente
(A lei da conservação da energia dos fluidos e o teorema de Bernoulli)...72
A unidade de energia................................................................................. 75
Pisei na mangueira! (Relação entre a velocidade e a pressão)...................76
4. Lei da conservação da quantidade de movimento.....................................80
Vamos brincar com o pêndulo de Newton
(Lei da conservação da quantidade de movimento)................................80
Compreensão da lei da conservação da quantidade de movimento por meio
do pêndulo de Newton.............................................................................. 81
Aplicando uma força externa (impulso).................................................83
Na sala secreta...
(Lei da conservação da quantidade de movimento dos fluidos)..............86
Capítulo
3 Escoamento laminar e escoamento turbulento
95
1. Correntes que contêm viscosidade...........................................................96
É pastoso ou corre livremente? (Viscosidade).........................................98
Um cara chato que atrapalha a corrente?! (Força viscosa).......................99
Acelerando e desacelerando (O mecanismo da força viscosa)................ 100
Será uma ilusão? (Fluido ideal e fluido viscoso)................................... 104
Qual será o gradiente de velocidade? (Lei da viscosidade de Newton)... 106
Quão pegajoso? (Viscosidade e viscosidade dinâmica)..........................110
A grande lei que mostra as características do escoamento?!
(Número de Reynolds)........................................................................ 111
2. Escoamento laminar e escoamento turbulento.........................................113
Observando a fumaça (Escoamento laminar e escoamento turbulento).113
Derramando tinta (O experimento de Reynolds)..................................115
Ficou bêbado ♪ (Características do escoamento turbulento)................116
v
3. O escoamento laminar dentro do cano.....................................................117
O escoamento dentro do canudo (Velocidade média do escoamento e
distribuição da velocidade do escoamento)........................................... 117
Vamos olhar cuidadosamente para a equação!
(Escoamentos que assumem a distribuição parabólica)........................ 120
A identidade da força misteriosa? (Diferença de pressão)...................... 122
Quero beber muuuito! (Relação entre a viscosidade absoluta e a vazão).126
Será que podemos beber o milk-shake com segurança?
(Equação de Bernoulli estendida)........................................................ 128
Perda de pressão em um tubo flexível........................................................134
A água que sobra na banheira e o petróleo do mar Arábico?!......................138
Capítulo
4 Arrasto e sustentação
139
1. Arrasto e sustentação sobre os corpos.................................................... 140
Por que os pássaros e os aviões podem voar? (Sustentação).................. 143
Por que os veleiros avançam na direção do vento?
(Aplicação da sustentação).................................................................. 146
Qual será o ponto em comum entre as asas e as velas?
(Teorema da curvatura das linhas de corrente)......................................149
O misterioso fenômeno da colher?! (Experimento de sustentação)....... 153
Cansei de nadar (Arrasto)................................................................... 155
Um dilema difícil! (Coeficiente de arrasto e coeficiente de sustentação).157
Vamos estolar?! (Ângulo de ataque, separação).....................................161
2. Forças que agem em corpos que giram.................................................... 163
Por que a bola curva faz curva? (Efeito Magnus).................................. 163
Naquele momento, a bola fez uma curva.................................................... 167
3. Separação da corrente............................................................................ 172
Enrugado é melhor que liso?! (Redução da resistência do ar)................ 172
Um evento assustador em um mundo pequeno?! (Separação)...............174
Epílogo
182
Referências bibliográficas.......................................................................... 193
Índice........................................................................................................ 194
vi
Capítulo 1
Propriedades e estática
dos fluidos
1 Sólidos e fluidos
Tome um chá gelado
Uaaaaau!
Nós vamos estudar a dinâmica
dos fluidos aqui?!
É mais fácil
aprender
praticando.
Por sorte eu
consegui autorização
pra usar a sala.
Eu fiquei pensando no que
faríamos aqui quando vi
o recado que vocês
deixaram no clube.
Desculpe por não
ter avisado antes.
Ah, é?! Que
bacana, né?!
Então, vamos
começar?
Capítulo 2
Equações básicas da corrente
1 Diversos termos utilizados
na dinâmica dos fluidos
O rio! o Verde!
O canto dos
pássaros!
O campo é mesmo
muito bom, né?!
Pra Eki foi
uma escolha
bem refinada.
Tem até um
chalé! Vamos
ficar todos
juntos lá!
Eu sei, Eu sei...
Na verdade... aqui sempre aparecem
coisas à noite. É um lugar famoso por
aparições fantasmagóricas...
Oooohh...
Mal posso esperar!
Hehehehe...
Uá-há-há
50
Capítulo 2
Equações básicas da corrente
Ah!
Capítulo 3
Escoamento laminar e
Escoamento Turbulento
1 Correntes que
contêm viscosidade
O acampamento foi
tão divertido...!
Eu queria estudar a
dinâmica dos fluidos
com o pessoal numa
viagem de novo...
E agora,
Ai, ai...
"A corrente do
rio não cessa"...
Blam!
A corrente do rio...
é a dinâmica dos
fluidos, não é,
professora?!
... e aí, eu não consegui
mais tirar a dinâmica
dos fluidos da cabeça
"e a água nunca
é a mesma"! Isso
significa que não existe
abdução. A equação de
alguma coisa...
Opa?! O que
era mesmo?!
HAHAHA
e a aula de
japonês foi
terrível!
96
Capítulo 4
Arrasto e sustentação
1 Arrasto e sustentação
sobre os corpos
cri
cri
... Bem
cri
por enquanto
acabou...
cri
Não, faltam só
duas semanas para
o simulado...
Eu não tenho
nada pra fazer
mesmo...
Vou estudar mais
um pouco.
Ai, ai...
……………
Hum? É do
Shiraishi... ele
nunca manda
mensagem.
Praia?
Pac
Vamos ve...
140 Capítulo 4
Arrasto e sustentação