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Ciência da Mecânica

Olá! Tudo bem na volta às aulas? Grandes novidades e novos projetos, imagino. Por aqui, estamos caminhando também. Escrever esta coluna tem sido muito interessante e, confesso, que minha maior dificuldade tem sido escolher a pergunta do mês.

Claro, além do tempo. Há muitas coisas que gostaria de discutir com vocês e fico me perguntando qual é a mais interessante para alunos e interessados em engenharia mecânica. Talvez daqui a uns anos, a escolha do tema passe a ser uma dificuldade pela falta de assunto mas felizmente, não hoje. Mas vamos trabalhar.

Como tenho feito, começo comentando a pergunta do mês passado: Por que os pára-quedas de automóveis têm muito frequentemente aquele furo central?
Sei que esta é uma questão dificil, confirmada pelo fato de eu não ter recebido nenhuma resposta de vocês. Ou vocês a acharam muito fácil ou muito difícil, não sei. Espero, contudo, que a explicação que se segue seja convincente.

Na edição do mês anterior (Ciência da Mecânica – nº 02), comentei aqui a formação de uma bolha de circulação atrás dos ônibus e caminhões, que resulta na acumulação de sujeira no vidro traseiro. É por esta razão que os automóveis hatch têm saído de fábrica com um limpador de parabrisas na traseira e os sedans não, pelo fato dos limpadores não serem úteis neste tipo de carro.

Por que?Vamos imaginar agora uma esfera em escoamento horizontal cruzado. Devido à simetria, serão duas as regiões de separação: uma na parte superior e outra na parte inferior. Em cada uma destas regiões, teremos fluido circulando, definindo dois vértices.
Em baixas velocidades, os dois vértices ficam presos à traseira da esfera e nenhum efeito transversal aparece.

Ou seja, a esfera permanece na sua posição. Entretanto, com o aumento da velocidade, a instabilidade do escoamento aumenta e eventualmente, um destes dois vértices se destaca, provocando um desequilíbrio na força vertical e fazendo com que a esfera se desloque, ao longo da vertical, para uma nova posição de equilíbrio.

Entretanto, como o efeito da viscosidade permanece, gradualmente uma nova bolha cresce e aos poucos, a pressão é reestabelecida, fazendo com que a esfera volte à posição inicial. Neste ponto, a outra bolha se separa, provocando um outro desbalanceamento, agora em sentido contrário. Resumo da ópera, quero dizer, da bolha: a esfera fica oscilando para cima e para baixo!

Para aqueles que têm persianas em casa, é muito fácil observar esta oscilação: basta abrir a janela em um dia de vento, abaixar a persiana deixando as lâminas horizontais, notar o barulho que as lâminas da persiana fazem e concluir com atenção que o barulho é provocado pelo bater de uma lâmina com as adjacentes, isto é, com aquelas colocadas acima ou abaixo. Isto é, o movimento das lâminas é no sentido transversal do escoamento.
Uma outra situação também comum é o balançar dos paraquedistas.

No próximo show, procure observar como os paraquedistas oscilam ao descer de volta ao solo. O principio é o mesmo: separação alternada dos vértices devido às instabilidades do escoamento. Neste ponto, imagino que alguns de vocês já tenham percebido a ligação entre os pára-quedas.

Imagine um carro de corrida que está sendo freiado por meio deles. Se a oscilação for grande, a condução do automóvel será impossível, com o carro ora indo para um lado e ora para o outro, em oscilações perigosas. A solução é então, diminuir as oscilações, o que é feito pelo furo no centro do paraquedas. Isto acontece pois agora parte do escoamento é dirigido para a região de separação, causando maior agitação no fluido, estabilizando-o e acabando com o problema.

Que tal esta explicação?
Para o próximo mês, vou propor algo diferente e imagino bastante popular também:
Na pia ou na banheira, para qual lado a água gira no hemisfério norte, se comparada com o hemisfério sul?

Lembrem-se: as duas melhores respostas ganham cada uma, um kit gratuito com 3 treinamentos da Mecânica Online! Abraços e até o próximo mês.

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