Azdoc Tips-livro-introduao-a-mecanica-dos-fluidos-6-ed-robert-w-fox-alan-t

Introdução à MECÂNICA DOS FLUIDOS\n\nSEXTA EDIÇÃO\n\nRobert W. Fox • Alan T. McDonald • Philip J. Pritchard\n\nLTC\n\nN.Cham. 531.3 F793i 6. ed. 2006\n\nAutor: Fox, Robert W.\nTítulo: Introdução à mecânica dos fluidos\n\n147200\nA. 6413\n\nCD-ROM Tabela G.1 Unidades SI e Prefixos\n\nUnidades SI Quantidade Unidade Símbolo SI Fórmula\n\nUnidades básicas SI: Comprimento metro m \nMassa quilograma kg \nTempo segundo s \nTemperatura kelvin K \nUnidade complementar do SI: Ângulo plano radiano rad \nUnidades derivadas do SI: Energia joule J kg · m/s² \nForça newton N W \nPotência watt W J/s \nPressão pascal Pa N/m² \nTrabalho joule J N · m\n\nPrefixos SI Fator de Multiplicação Prefixo Símbolo SI\n\n1 000 000 000 000 = 10¹² tera T\n1 000 000 000 = 10⁹ giga G\n1 000 000 = 10⁶ mega M\n1 000 = 10³ quilo k\n0,01 = 10⁻² centi c\n0,001 = 10⁻³ mili m\n0,000 001 = 10⁻⁶ micro µ\n0,000 000 001 = 10⁻⁹ nano n\n0,000 000 000 001 = 10⁻¹² pico p\n\n*Fonte: Norma ASTM para Prática Métrica E 380-97, 1997.\n*A ser enviado sempre que possível. Tabela G.2 Fatores de Conversão e Definições\n\nDimensão Unidade Valor SI Valor SI\nFundamental Inglês Relato Aproximado\n\nComprimento 1 in 0,0254 m\nMassa 1 lbm 0,45359237 kg\nTemperatura 1 °F 59 K\n\nDefinições:\n\nAceleração de gravidade: g = 9,80665 m/s² (32,174 ft/s²)\nEnergia: Btu — (unidade térmica britânica) é quantidade de energia requerida para aumentar a temperatura de 1 lb de água de 1°F (1 Btu = 778,2 ft·lbf)\n1 kg de_deixa = 1 kcal (1 kcal = 4187 J)\n\nComprimento: 1 milha = 5280 ft; 1 milha náutica = 6076,1 e t = 1852 m (exato)\nPotência: 1 horsepower = 550 ft·lbf\nPressão: 1 bar = 10 Pás\nTemperatura: grau Fahrenheit, Tf = (9/5) TºC + 32; grau Celsius)\n\ngrau Rankine, Tr = Tf + 459,67\nKelvin, K = Tf + 273,15 (exato)\n\n1 kW = 3413 Btu\n\n1 quarte = 0,000946 m³ (1 gal = 7,48 gal)\n\n1 kcal = 3,968 Btu INTRODUÇÃO À MECÂNICA DOS FLUIDOS\nSEXTA EDIÇÃO\nROBERT W. FOX\nPurdue University\nALAN T. McDONALD\nPurdue University\nPHILIP J. PRITCHARD\nManhattan College\n\nTradução\nRICARDO NICOLAU NASSAR KOURY\nGERALDO AUGUSTO CAMPOLINA FRANÇA\nDepartamento de Engenharia Mecânica\nUniversidade Federal de Minas Gerais\n\nLTC EDITORA CIP-BRASIL. CATALOGAçãO NA FONTE SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ.\nF8631\nFox, Robert W. 1934.\nIntroduçâo à mecanica dos fluidos / Robert W. Fox, Alan T. McDonald, Philip J. Pritchard ; tradução de Ricardo Nicolau Nassar Koury, Geraldo Augusto Campolina França. - Rio de Janeiro : LTC, 2006 + CD-ROM.\n\nTraduçâo de: Introduction to fluid mechanics, 6th ed\nApêndices\nInclui bibliografia\nISBN 978-85-216-1468-5\n\nI. Mecânica dos fluidos. I. McDonald, Alan T., 1938-. II. Pritchard, Philip J. III. Título.\n\n05-3540.\nCDD 532\nCDD 531.3 PREFÁCIO\nEste texto foi escrito para um curso de introdução à mecânica dos fluidos. A nossa abordagem do assunto, como nas edições anteriores, enfatiza os conceitos físicos da mecânica dos fluidos e os métodos de análise que se iniciam a partir dos princípios básicos. O objetivo principal deste livro é auxiliar os usuários a desenvolver uma metodologia ordenada para a solução de problemas. Para isso, partimos sempre das equações básicas, declaramos com clareza as considerações de hipóteses adotadas, e temos relação com os resultados matemáticos com o comportamento físico correspondente. Enfatizamos o uso de volumes de controle para sustentar a metodologia prática de resolver problemas que também incluiu teoricamente.\n\nEssa metodologia é ilustrada por 116 problemas-exemplos no texto. As soluções para esses problemas foram preparadas de modo a ilustrar a boa técnica de solução e esclarecer pontos difíceis de teoria. Os problemas-exemplos aparecem em formato destacado na sequência do texto e, isso, já é fácil identificação e acompanhamento. Quarenta e seis desses problemas têm painéis associados ao Excel no CD-ROM que acompanha o livro, tornando-os textos para análises complementares dos estudantes e do professor em sala de aula.\n\nInformações adicionais importantes sobre o texto e os nossos procedimentos são dados na seção \"Nota aos Estudantes\" logo no início do texto impresso. Aconselhamos que leia essa seção com bastante atenção e que ingresse os procedimentos sugeridos a sua metodologia de solução de problemas e de repergação dos resultados.\n\nAs unidades do Sistema Internacional (SI) são utilizadas em cerca de 70 por cento dos problemas-exemplos para prover experiência com esse sistema tradicional e para realizar conversões entre sistemas de unidades que podem ser decididas dos fundamentos.\n\nExplicações completas apresentadas no texto, juntamente com indíces exemplos detalhados, tornam este livro compreensível para estudantes. Têm sido dada liberdade ao professor para afastar-se dos métodos tradicionais de ensino de tipo aula expositiva. O tempo em sala de aula pode ser utilizado para apresentar material complementar, aprofundar em tópicos especiais (tais como conceito não-newtoniano, escoamento de camada-limite, sustentação e arrasto, ou métodos experimentais), discutir complementar problemas-exemplos, ou explicar pontos difíceis dos trabalhos propostos extraclasse. Além disso, os 45 problemas-exemplos com planilhas Excel são dados para apresentar uma variedade de fenômenos da mecânica dos fluidos, especialmente os efeitos produzidos quando parâmetros de entrada variam. Desta modo, cada professor de aula pode ser utilizado da maneira mais apropriada para atender às necessidades dos alunos.\n\nO material deste livro foi selecionado cuidadosamente, de modo a incluir uma ampla faixa de tópicos adequados para um curso de um ou dois semestres em mecânica dos fluidos de nível introdutório ou mais avançado. Presume-se que o usuário já tenha conhecimento de dinâmica de corpo rígido e matemática, notadamente de equações diferenciais. Uma base em termodinâmica é também desejável para o estudo de escoamento compressível.\n\nMaterial mais avançado, provavelmente não coberto em um curso introdutório, foi destacado para o CD *\nA edição brasileira, para maior comodidade do leitor, esse material foi também indicado no texto impresso. Esses tópicos estão indicados no sumário com a indicação do número da página ao arquivo em pdf. (N.E.) VI PREFÁCIO\n\nO material neste impresso foi organizado em áreas de tópicos abrangentes:\n\n- Conceitos introdutórios, objetivos de mecânica dos fluidos, e estática dos fluidos (Capítulos 1, 2 e 3).\n- Desenvolvimento e aplicação de formas de volume de controle nas equações básicas (Capítulo 4).\n- Desenvolvimento e aplicação de formas de diferenças das equações básicas (Capítulos 5 e 6).\n- Análise dimensional e correção de dados experimentais (Capítulo 7).\n- Aplicações para escoamentos internos viscosos e incompressíveis (Capítulo 8).\n- Aplicações para escoamentos externos viscosos e incompressíveis (Capítulo 9).\n- Análise e aplicações de escoamentos compressíveis (Capítulo 10).\n- Exemplos e aplicações do escoamento compressível uni e bidimensional (Capítulos 11 e 12).\n\nO Capítulo 4 trata de análises sobre o controle de volume e controles finitos e diferenciais. A Equação de Bernoulli é deduzida (como em sua subseção pessoal na Seção 4-4) como um exemplo de aplicação das equações básicas em um volume de controle diferencial. Estando aptos a usar a equação de Bernoulli no Capítulo 4, podemos incluir problemas mais desafiadores, lidando com a equação da quantidade de movimento para volumes de controle finitos.\n\nOutra dedução da equação de Bernoulli é apresentada no Capítulo 6, onde é obtida da integração das equações de Euler ao longo de uma linha de corrente. Como o professor prefere tratar a introdução da equação de Bernoulli, os problemas desafiadores do Capítulo 4 podem ser resolvidos durante o estudo do Capítulo 6.\n\nEsta edição incorporou um número significativo de monitoras. No Capítulo 7, discutidos das equações básicas (de volume) para obter parâmetros dimensionais foi deslocada para o início do capítulo. O Capítulo 8 introduz algumas discussões sobre considerações de energia no escoamento dos combustíveis e sistemas de tubos. Este sistema de tubos de múltiplos está expandido e ilustrado com uma planilha Excel interativa.\nO Capítulo foi reestruturado para incluir descrições separadas sobre máquinas destinadas a realizar trabalhos de fluidos de múltiplas partes para extrair trabalho de um fluido. O Capítulo 12 foi completamente reestruturado, de modo que as equações básicas para escoamento compressível unidimensional são deduzidas de uma vez, em seguida, aplicadas a cada caso específico (escoamento isotrópico, escoamento em local, convergendo de linha de Pames, convergindo de linha de potência, e escoamentos normais). Finalmente, ainda novo se inclui sobre choques e ondas de expansão foi incluida.\n\nPritchard, Amanda e Philip J. Pritchard, juntos, são co-autores de Fox-McDonald como co-autor. O autor Pritchard revisou todo o manuscrito, onde ele especificou as discussões, educando seus organizadores de maneira clara com uma relação de 300 problemas de fim de cada capítulo. Sua contribuição foi extraordinária.\n\nA sexta edição inclui 1315 problemas da final do capítulo. Muitos problemas foram combinados e contêm múltiplas partes. A maioria deles foi estruturada de modo que nem todas as partes precisam ser determinadas ao mesmo tempo, e quase 25 por cento dos subproblemas foram preparados para explorar questões didáticas do tipo \"O que resultaria se...?\"\n\nAproximadamente 300 problemas são novos ou modificados, e muitos deles incluem um componente mais adequado para ansioso demanda uma planilha de cálculo. Um ícone de CD na margem identifica esses problemas. Muitos desses foram elaborados com o início do componente computacional proporcionando uma investigação paramétrica de uma abordagem singular, para facilitar e encorajar os estudantes em suas tentativas de criar e responder questões do tipo \"O que resultaria se...?\". As planilhas Excel preparadas pelo Prof. Pritchard ajudam significativamente nesses processos. Um novo Apêndice II, \"Uma Breve Revisão do Excel da Microsoft\", foi incluído no CD.\n\nIncluímos muitos problemas de resposta aberta. Alguns são questões de estímulo ao raciocínio como a integração de tarefas e compreensão de conceitos fundamentais, e outros requerem desenvolvimento criativo, síntese, e/ou discussão narrativa. Esperamos continuar a inspirar cada professor a desenvolver e usar mais os problemas na resposta aberta.\n\nO Manual de Soluções* para a sexta edição do procedimento na tradução estabelecida por Fox e McDonald: ele contém uma solução completa e detalhada de cada um dos 1315 problemas propostos. Cada solução é elaborada na mesma forma sistemática da solução dos problemas-exemplos no texto impressos.\nCada solução começa com as equações básicas, enuncia as considerações claramente, reduz as equações\n\n*Este material, em inglês, é de uso exclusivo dos professores. (N.E.) PREFÁCIO VI\n\nOs problemas em cada capítulo são arranjados por tópico e, dentro de cada tópico, geralmente aumentam em complexidade ou dificuldade. Isto facilita a seleção, pelo professor, dos problemas a serem apresentados para os alunos, ao nível de dificuldade apropriado para cada seção do livro. O Manual de Soluções pode ser solicitado pelos professores que adotarem o livro e coordenações eletrônicas pelo www.lideditor.com.br ou via orívis do e-mail de lideditor.com.\n\nOnde apropriado, começamos soluções de projeto e respostas abertas no lugar dos tradicionais experimentos de laboratório. Quando não se dispõe de um bom laboratório, os estudantes podem formar grupos de trabalho para resolver esses problemas. Os problemas de projeto requerem os estudantes a despender mais tempo explorando aplicações dos princípios de mecânicos dos fluidos em dispositivos e sistemas. Na sexta edição, problemas de projeto estão juntos com os problemas do fim de capítulo.\n\nA apresentação das funções de escoamento para escoamentos compressíveis no Apêndice E foram expandidas para incluir dados que podem ser impressões a partir das planilhas Excel associadas, incluindo tabelas para gera ideias diferentes do ar.\n\nMuitos temas interessantes (em inglês) estão obtidos por meios para demonstrar e esclarecer os princípios básicos do mecânico dos fluidos. Eles estão referenciados no texto e sua utilização é apropriada e, também, identificados por fornecedor no Apêndice C.*\n\nAo término deste curso, esperamos que os estudantes estejam aptos para aplicar as equações básicas a uma variedade de problemas, incluindo aqueles que eles não tinham encontrado anteriormente. Este livro é bem adequado para estudos independentes por estudantes em organizações formadas. Suporta também essas atividades como agentes e auxilia a construir confiança.\n\nA resposta para uma grande quantidade de problemas propostos são representadas no fim do texto impresso.\n\nNós reconhecemos que não abrigamos uma abordagem para problemas satisfatórios nas soluções, bem como muitos estudantes de documentos que, com suas comentários, estão nos ajudando a aprimorar nossa desde a primeira edição. Um agradecimento especialmente aos nossos revisores desta sexta edição: Mark A. Cagliali da Stanford University, Edward M. Gates da California State Polytechnic University (Pomona), Jay M. Khodabakhsh da Auburn University, Tim Lee da McGill University e S.A. Sherif da University of Florida. Buscamos sempre uma interação com eles e outros colegas ao usar este livro.\n\nAgradecemos, também, a nossas esposas, Beryl, Tania e Penélope, pelo apoio incondicional. Elas suportam tantas horas consumidas nesse esforço.\n\nCríticas e sugestões de leitores e usuários interessados nesse livro são bem-vindas.\n\nRobert W. Fox\nAlan T. McDonald\nPhilip J. Pritchard\nAbril de 2003 SUMÁRIO\n\nCAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1\n1-1 Nota aos Estudantes 1\n1-2 Definição de um Fluido 2\n1-3 Escopo da Mecânica dos Fluidos 3\n1-4 Equações Básicas 4\n1-5 Métodos de Análise 5\n Sistema e Volume de Controle 5\n Formulação Diferencial versus Formulação Integral 6\n Métodos de Descrição 7\n Dimensões e Unidades 9\n Sistemas de Dimensões 9\n Sistemas de Unidades 10\n Sistema das Unidades Preferenciais 11\n1-7 Resumo 11\n Problemas 11\n\nCAPÍTULO 2 CONCEITOS FUNDAMENTAIS 15\n2-1 O Fluido como um Contínuo 15\n2-2 Campo de Velocidade 17\n Escoamentos Uni, Bi e Tridimensionais 17\n Linhas de Tempo, Trajetórias, Linhas de Emissão e Linhas de Corrente 19\n2-3 Campo de Tensão 21\n2-4 Viscosidade 23\n Fluido Newtoniano 24\n Fluidos Não-newtonianos 27\n2-5 Tensão Superficial 28\n2-6 Descrição e Classificação dos Movimentos de Fluidos 31\n Fluidos Viscosos e Não-viscosos 31\n Escoamentos Laminar e Turbulento 34\n Escoamentos Compreensivo e Incompressível 35\n Escoamentos Interno e Externo 36\n2-7 Resumo 37\n Referências 37\n Problemas 38\n\nCAPÍTULO 3 ESTÁTICA DOS FLUIDOS 47\n3-1 A Equação Básica da Estática dos Fluidos 47\n3-2 A Atmosfera Padrão 50\n3-3 Variação de Pressão em um Fluido Estático 51\n Líquidos Incompressíveis: Manômetros 52\n Gases 57\n3-4 Sistemas Hidráulicos 60 SUMÁRIO\n\n3-5 Forças Hidrostáticas sobre Superfícies Submersas 60\nForça Hidrostática sobre uma Superfície Plana Submersa 60\nForça Hidrostática sobre uma Superfície Curva Submersa 67\n\n3-6 Empuxo e Estabilidade 71\n3-7 Fluidos em Movimento de Corpo Rígido 75 (CD-1)\n3-8 Resumo 80\nReferências 80\nProblemas 80\n\nCAPÍTULO 4 EQUAÇÕES BÁSICAS NA FORMA INTEGRAL PARA UM VOLUME DE CONTROLE 95\n4-1 Leis Básicas para um Sistema 95\nConservação de Massas 95\nA Segunda Lei de Newton 96\nO Princípio da Quantidade de Movimento Angular 96\nA Primeira Lei da Termodinâmica 96\nA Segunda Lei da Termodinâmica 97\n4-2 Relação entre as Derivadas do Sistema e a Formulação para Volume de Controle 97\nInterpretação Física 100\n\n4-3 Conservação de Massa 101\nCaso Especiais 102\n\n4-4 Equação da Quantidade de Movimento para um Volume de Controle Inercial 107\nAnálise de Volume de Controle Diferencial 119\nVolume de Controle Móvel sob Velocidade Constante 123\n4-5 Equação da Quantidade de Movimento para um Volume de Controle com Aceleração Reifinal 125\n4-6 Equação do Quantidade de Movimento para um Volume de Controle com Aceleração Aritmética 133 (CD-7)\n\n4-7 O Princípio do Momento da Quantidade de Movimento Angular 138 (CD-12)\nEquação para Volume de Controle Fixo 139 (CD-17)\n4-8 A Primeira Lei da Termodinâmica 121\nTaxa de Trabalho Realizado por um Volume de Controle 148\nEquação do Volume de Controle 150\n4-9 A Segunda Lei da Termodinâmica 154\n4-10 Resumo 154\nProblemas 155\n\nCAPÍTULO 5 INTRODUÇÃO À ANÁLISE DIFERENCIAL DOS MOVIMENTOS DOS FLUIDOS 185\n5-1 Conservação da Massa 185\nSistema de Coordenadas Retangulares . 185\nSistema de Coordenadas Cilíndricas 190\n\n5-2 Função de Corrente para Escoamento Incompressível Bidimensional 193\n5-3 Movimento de uma Partícula Fluida (Cinemática) 197\nTranslação de um Fluido: Aceleração de uma Partícula Fluida em um Campo de Velocidade 197\nRotação de um Fluido 202\nDeformação de um Fluido 207\n5-4 Equação da Quantidade de Movimento 210\nForças Atuando sobre uma Partícula Fluida 211\nEquação Diferencial da Quantidade de Movimento 212\nFluidos Newtonianos: Equação de Navier-Stokes 212\n5-5 Resumo 220\nReferências 221\nProblemas 221