Fluid Mechanics - Portuguese Mechanical Engineering Notes | EduRev

Mechanical Engineering : Fluid Mechanics - Portuguese Mechanical Engineering Notes | EduRev

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Introduc ¸
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ao
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a
Mec
ˆ
anica dos Fluidos
e aos
Fen
ˆ
omenos de Transporte
Maur´ icio Gobbi, Ph.D.
Centro Federal de Educa¸ c˜ ao Tecnol´ ogica do Paran´ a
Nelson Lu´ is Dias, Ph.D.
Universidade Federal do Paran´ a
Flavio Mascarenhas, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Enise Valentine, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
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omenos de Transporte
Maur´ icio Gobbi, Ph.D.
Centro Federal de Educa¸ c˜ ao Tecnol´ ogica do Paran´ a
Nelson Lu´ is Dias, Ph.D.
Universidade Federal do Paran´ a
Flavio Mascarenhas, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Enise Valentine, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
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anica dos Fluidos
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omenos de Transporte
Maur´ icio Gobbi, Ph.D.
Centro Federal de Educa¸ c˜ ao Tecnol´ ogica do Paran´ a
Nelson Lu´ is Dias, Ph.D.
Universidade Federal do Paran´ a
Flavio Mascarenhas, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Enise Valentine, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Pref´ acio
A ´ area de Mecˆ anica dos Fluidos ´ e uma das mais importantes e dif´ iceis na
forma¸ c˜ ao de cientistas e engenheiros.
A ´ area de pesquisa e ensino hoje conhecida como Fenˆ omenos de Trans-
porte formou-se aos poucos, ao longo do s´ eculo XX, ` a medida em que se
compreendiam as analogias existentes entre os processos de transporte de
quantidadedemovimento, energia,emassa,emmeioscont´ inuos. AMecˆ anica
dos Fluidos forma a grande base de conhecimento para a compreens˜ ao dos
Fenˆ omenos de Transporte. Esta vis˜ ao uni?cada instalou-se inicialmente nos
cursos de engenharia qu´ imica e mecˆ anica, mas est´ a cada vez mais presente
em outros ramos das ´ areas tecnol´ ogicas e cient´ icicas.
Este livro nasceu da necessidade de se dotar disciplinas de Mecˆ anica dos
Fluidos e/ou Fenˆ omenos de Transporte do curso de engenharia de v´ arias
unidades de ensino de terceiro grau do Brasil, de um texto uni?cado in-
trodut´ orio, rigoroso, e corretamente dimensionado para um curso que com-
preende um ´ unico semestre da disciplina com um m´ inimo de quatro ho-
ras/aula te´ oricas semanais.
O texto contˆ em os fundamentos matem´ aticos e f´ isicos dos processos e
as abordagens para cada tipo de propriedade transportada foram feitas, na
medida do poss´ ivel, em conjunto, e n˜ ao em partes distintas como ´ e o caso de
v´ arios livros texto sobre o assunto.
Os autores.
iii
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omenos de Transporte
Maur´ icio Gobbi, Ph.D.
Centro Federal de Educa¸ c˜ ao Tecnol´ ogica do Paran´ a
Nelson Lu´ is Dias, Ph.D.
Universidade Federal do Paran´ a
Flavio Mascarenhas, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Enise Valentine, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Pref´ acio
A ´ area de Mecˆ anica dos Fluidos ´ e uma das mais importantes e dif´ iceis na
forma¸ c˜ ao de cientistas e engenheiros.
A ´ area de pesquisa e ensino hoje conhecida como Fenˆ omenos de Trans-
porte formou-se aos poucos, ao longo do s´ eculo XX, ` a medida em que se
compreendiam as analogias existentes entre os processos de transporte de
quantidadedemovimento, energia,emassa,emmeioscont´ inuos. AMecˆ anica
dos Fluidos forma a grande base de conhecimento para a compreens˜ ao dos
Fenˆ omenos de Transporte. Esta vis˜ ao uni?cada instalou-se inicialmente nos
cursos de engenharia qu´ imica e mecˆ anica, mas est´ a cada vez mais presente
em outros ramos das ´ areas tecnol´ ogicas e cient´ icicas.
Este livro nasceu da necessidade de se dotar disciplinas de Mecˆ anica dos
Fluidos e/ou Fenˆ omenos de Transporte do curso de engenharia de v´ arias
unidades de ensino de terceiro grau do Brasil, de um texto uni?cado in-
trodut´ orio, rigoroso, e corretamente dimensionado para um curso que com-
preende um ´ unico semestre da disciplina com um m´ inimo de quatro ho-
ras/aula te´ oricas semanais.
O texto contˆ em os fundamentos matem´ aticos e f´ isicos dos processos e
as abordagens para cada tipo de propriedade transportada foram feitas, na
medida do poss´ ivel, em conjunto, e n˜ ao em partes distintas como ´ e o caso de
v´ arios livros texto sobre o assunto.
Os autores.
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omenos de Transporte
Maur´ icio Gobbi, Ph.D.
Centro Federal de Educa¸ c˜ ao Tecnol´ ogica do Paran´ a
Nelson Lu´ is Dias, Ph.D.
Universidade Federal do Paran´ a
Flavio Mascarenhas, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Enise Valentine, D.Sc.
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Pref´ acio
A ´ area de Mecˆ anica dos Fluidos ´ e uma das mais importantes e dif´ iceis na
forma¸ c˜ ao de cientistas e engenheiros.
A ´ area de pesquisa e ensino hoje conhecida como Fenˆ omenos de Trans-
porte formou-se aos poucos, ao longo do s´ eculo XX, ` a medida em que se
compreendiam as analogias existentes entre os processos de transporte de
quantidadedemovimento, energia,emassa,emmeioscont´ inuos. AMecˆ anica
dos Fluidos forma a grande base de conhecimento para a compreens˜ ao dos
Fenˆ omenos de Transporte. Esta vis˜ ao uni?cada instalou-se inicialmente nos
cursos de engenharia qu´ imica e mecˆ anica, mas est´ a cada vez mais presente
em outros ramos das ´ areas tecnol´ ogicas e cient´ icicas.
Este livro nasceu da necessidade de se dotar disciplinas de Mecˆ anica dos
Fluidos e/ou Fenˆ omenos de Transporte do curso de engenharia de v´ arias
unidades de ensino de terceiro grau do Brasil, de um texto uni?cado in-
trodut´ orio, rigoroso, e corretamente dimensionado para um curso que com-
preende um ´ unico semestre da disciplina com um m´ inimo de quatro ho-
ras/aula te´ oricas semanais.
O texto contˆ em os fundamentos matem´ aticos e f´ isicos dos processos e
as abordagens para cada tipo de propriedade transportada foram feitas, na
medida do poss´ ivel, em conjunto, e n˜ ao em partes distintas como ´ e o caso de
v´ arios livros texto sobre o assunto.
Os autores.
iii
Conte´ udo
Pref´ acio iii
Conte´ udo v
1 Introdu¸ c˜ ao 1
1.1 Apresenta¸ c˜ ao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 O meio cont´ inuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Princ´ ipios fundamentais da f´ isica . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5 Sistema de unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.6 Revis˜ ao matem´ atica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6.1 Escalares, vetores, e tensores . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6.2 Produtos escalares e vetoriais, contra¸ c˜ oes entre tensores 8
1.6.3 Integral de linha, de superf´ icie, e de volume . . . . . . 10
1.6.4 Campos escalares e vetoriais . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6.5 Teoremas de Gauss, Stokes, e Green . . . . . . . . . . . 15
1.6.6 A s´ erie de Taylor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Elementos de Teoria Cin´ etica e Termodinˆ amica Cl´ assica 19
2.1 O potencial de Lennard-Jones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Energia de um sistema de part´ iculas . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 A primeira lei da termodinˆ amica. . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5 A energia interna ´ e fun¸ c˜ ao da temperatura e do volume . . . . 26
2.6 A equa¸ c˜ ao de estado de um g´ as ideal . . . . . . . . . . . . . . 28
2.7 Equa¸ c˜ oes de estado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.8 Problemas propostos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
v
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