Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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Número de Reynolds e turbulência


No estudo da mecânica dos fluidos, um elemento fundamental é compreender como os fluidos escoam e que tipos de escoamento eles apresentam. Um conceito importante nesta análise é o número de Reynolds, que ajuda a prever padrões de escoamento em diferentes condições de fluido. Se o escoamento é suave e previsível ou caótico e imprevisível pode depender em grande parte do número de Reynolds. Além disso, compreender a turbulência, um padrão de fluxo complexo e irregular que frequentemente ocorre em altos números de Reynolds, é fundamental na física, engenharia e estudos ambientais.

O que é o número de Reynolds?

O número de Reynolds (Re) é um número adimensional usado para prever padrões de fluxo em várias condições de fluido. Foi introduzido pela primeira vez por Osborne Reynolds em 1883. O número de Reynolds pode ser concebido como a razão entre as forças inerciais (forças relacionadas à massa e velocidade do fluxo) e as forças viscosas (forças devido à viscosidade do fluido).

Fórmula do número de Reynolds

A fórmula para calcular o número de Reynolds é:

Re = ρvL/μ

Onde:

  • Re é o número de Reynolds.
  • ρ (rho) é a densidade do fluido.
  • v é a velocidade do fluido.
  • L é um comprimento característico (por exemplo, diâmetro do tubo).
  • μ é a viscosidade dinâmica do fluido.

Alternativamente, usando a viscosidade cinemática ν (nu), a fórmula pode ser reescrita como:

Re = vL/ν

Aqui, ν é a viscosidade cinemática que é definida como ν = μ/ρ.

Compreendendo tipos de fluxo com o número de Reynolds

Fluxo laminar vs. fluxo turbulento

Geralmente, o escoamento de fluidos pode ser classificado em dois tipos principais:

1. Fluxo laminar

O fluxo laminar é caracterizado por um movimento suave e contínuo do fluido em camadas paralelas ou linhas de corrente. No fluxo laminar, as partículas de fluido se movem em linhas retas, e o escoamento é altamente organizado. Este tipo de fluxo ocorre em baixos números de Reynolds (tipicamente Re < 2000).

2. Fluxo turbulento

Por outro lado, o fluxo turbulento é caracterizado por movimentos de fluido caóticos, onde irregularidades e misturas são prevalentes. Este fluxo caótico ocorre em altos números de Reynolds (Re > 4000). No fluxo turbulento, há vórtices e redemoinhos de vários tamanhos e direções, resultando em padrões de fluxo imprevisíveis.

Faixa de transição

Em números de Reynolds entre 2000 e 4000, o fluxo pode transitar entre estados laminares e turbulentos. Este fluxo de transição é sensível a várias perturbações e pode exibir características de ambos os tipos de escoamento em diferentes condições.

fluxo laminar Estados de transição fluxo turbulento

Exemplos reais do número de Reynolds

Exemplo 1: Fluxo em um tubo

Considere a água fluindo através de um tubo circular. O diâmetro interno do tubo é de 0,1 m e a velocidade da água é de 1 m por segundo. A densidade da água é de cerca de 1000 kg/m³ e sua viscosidade dinâmica é de 0,001 kg/m s.

O número de Reynolds pode ser calculado substituindo os valores relevantes na seguinte fórmula:

Re = (ρvL)/μ = (1000 kg/m³ * 1 m/s * 0.1 m) / 0.001 kg/m·s

Re = 100.000

Isto mostra que o fluxo é turbulento.

Exemplo 2: Ar sobre a asa

Durante o voo, o ar flui sobre as asas de uma aeronave. Considere um aerofólio com um comprimento de corda típico de 1,5 m. Em um dia típico, a densidade do ar é de cerca de 1,225 kg/m³, e a velocidade é de 50 m/s.

Usando uma viscosidade dinâmica de cerca de 0,0000181 kg/m·s para o ar, o número de Reynolds é:

Re = (ρvL)/μ = (1.225 kg/m³ * 50 m/s * 1.5 m) / 0.0000181 kg/m·s

Re é cerca de 5 milhões, o que confirma que o fluxo é turbulento.

Compreendendo a turbulência

Características do fluxo turbulento

Os fluxos turbulentos são menos previsíveis e mais caóticos do que os fluxos laminares. Eles são caracterizados por flutuações de velocidade, alta difusão de momento e mistura aumentada. A análise dessa complexidade frequentemente requer métodos estatísticos ou dinâmica dos fluidos computacional.

Importância da turbulência

Apesar de sua natureza caótica, a turbulência é essencial para muitos processos naturais e industriais. Ela melhora a mistura de fluidos, melhora a transferência de calor e massa e é importante para entender fenômenos ambientais e aplicações de engenharia, como aerodinâmica de veículos e design de aeronaves.

Visualização da turbulência

Exemplos de fluxo turbulento

Conclusão

O número de Reynolds é uma métrica adimensional importante na mecânica dos fluidos, fornecendo informações sobre a natureza do fluxo, se é laminar, turbulento ou de transição. Compreender e calcular o número de Reynolds permite prever o comportamento dos fluidos em uma variedade de condições, o que impacta o design, pesquisa e avanço tecnológico em várias áreas. A turbulência, embora complexa e por vezes difícil de prever, desempenha um papel fundamental na dinâmica dos fluidos, aumentando a mistura e dissipação de energia em processos naturais e projetados.


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Número de Reynolds e turbulência

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