Atrito viscoso (força): coeficiente e exemplos

O atrito viscoso é uma força de resistência que surge entre as camadas de um fluido em movimento. Este tipo de atrito é causado pela viscosidade do fluido, que é a medida da resistência do fluido ao fluxo. O coeficiente de atrito viscoso é uma constante que depende das propriedades do fluido e das condições de atrito.

Neste contexto, o coeficiente de atrito viscoso é utilizado para calcular a força de atrito viscoso em um fluido em movimento. Quanto maior for o coeficiente de atrito viscoso, maior será a força de resistência encontrada entre as camadas do fluido.

Alguns exemplos de atrito viscoso incluem a resistência do ar sobre um objeto em movimento, o atrito entre as camadas de um fluido em um sistema de tubulação e a fricção entre as páginas de um livro ao serem viradas rapidamente. Em todos esses casos, a presença do atrito viscoso resulta em uma força de resistência que se opõe ao movimento do objeto.

Exemplos de força de atrito: o que é e como funciona?

O atrito viscoso é uma força de atrito que atua entre camadas de um fluido (líquido ou gás) em movimento. Ela é causada pela viscosidade do fluido, que é a resistência interna ao escoamento. O coeficiente de atrito viscoso depende das propriedades do fluido e das condições de escoamento.

Um exemplo comum de atrito viscoso é o atrito entre as camadas de ar em movimento ao redor de um objeto, como um avião. Essa força de atrito viscoso é responsável pela resistência ao avanço do avião e influencia o consumo de combustível.

Outro exemplo é o atrito viscoso entre as moléculas de água em um riacho em movimento. Esse atrito viscoso contribui para a dissipação de energia e a perda de velocidade da água ao longo do curso do riacho.

Ela influencia o comportamento de fluidos em diversas situações e pode ter impactos significativos em processos naturais e tecnológicos.

Descubra os coeficientes de atrito e suas aplicações em diversos materiais e superfícies.

O atrito é uma força resistente que surge quando dois corpos entram em contato e tentam se mover um em relação ao outro. Um tipo específico de atrito é o atrito viscoso, que ocorre em fluidos como líquidos e gases. O coeficiente de atrito viscoso é uma medida da resistência que um fluido oferece ao movimento de um objeto através dele.

Os coeficientes de atrito viscoso variam de acordo com o tipo de fluido e a velocidade do objeto em movimento. Por exemplo, o coeficiente de atrito viscoso da água é menor do que o do mel, devido às diferentes viscosidades desses fluidos. Além disso, o coeficiente de atrito viscoso aumenta com a velocidade do objeto, conforme previsto pela lei de Newton da viscosidade.

Os coeficientes de atrito viscoso são essenciais para o design de diversos dispositivos e sistemas, como turbinas, hélices e motores. Eles também são importantes em aplicações médicas, como a circulação sanguínea e o funcionamento de próteses.

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Eles desempenham um papel crucial no desenvolvimento de tecnologias e na melhoria da eficiência de processos industriais e biológicos.

Tipos de atrito: descubra os três principais.

Existem três principais tipos de atrito: estático, cinético e viscoso. O atrito estático ocorre quando dois objetos estão em contato, mas não estão se movendo um em relação ao outro. O atrito cinético ocorre quando os objetos estão em movimento um em relação ao outro. Já o atrito viscoso, que é o foco deste artigo, é causado pela resistência de um fluido ao movimento de um objeto através dele.

O atrito viscoso é caracterizado pela força de atrito que ocorre em fluidos, como ar ou água, devido à viscosidade desses materiais. O coeficiente de atrito viscoso é uma medida da resistência do fluido ao movimento do objeto através dele. Quanto maior o coeficiente de atrito viscoso, mais difícil será para o objeto se mover através do fluido.

Alguns exemplos de atrito viscoso incluem o movimento de um barco através da água, o movimento de um carro através do ar e o movimento de um pássaro em voo. Nestes casos, a resistência do fluido ao movimento do objeto é determinada pelo coeficiente de atrito viscoso do fluido em questão.

Como determinar o coeficiente de atrito em uma superfície com precisão e eficiência.

Para determinar o coeficiente de atrito em uma superfície com precisão e eficiência, é necessário realizar um experimento controlado. Primeiramente, é importante escolher um objeto com uma superfície conhecida e lisa, como um bloco de madeira.

Em seguida, coloque o objeto sobre a superfície em que deseja medir o coeficiente de atrito e aplique uma força constante e controlada sobre ele. Utilize um dinamômetro para medir a força aplicada.

Com o objeto em movimento, meça a força de atrito que atua sobre ele, utilizando o dinamômetro. Registre os valores de força aplicada e de atrito para cada experimento realizado.

Para determinar o coeficiente de atrito, basta dividir a força de atrito pela força aplicada. O resultado obtido será o coeficiente de atrito entre o objeto e a superfície em questão.

Repita o experimento várias vezes para obter uma média dos valores e garantir maior precisão nos resultados. Dessa forma, será possível determinar o coeficiente de atrito com eficiência e confiabilidade.

Atrito viscoso (força): coeficiente e exemplos

Atrito viscoso (força): coeficiente e exemplos

O atrito viscoso surge quando um objeto sólido é movido através de um fluido ou gás – líquido – a. Pode ser modelado como uma força proporcional ao negativo da velocidade do objeto ou do quadrado dele.

O uso de um ou outro modelo depende de certas condições, como o tipo de fluido no qual o objeto se move e se é muito rápido ou não. O primeiro modelo é conhecido como resistência linear , e nele a magnitude do atrito viscoso F é dada por:

F rub = γv

Aqui γ é a constante de proporcionalidade ou coeficiente de atrito viscoso ev é a velocidade do objeto. É aplicável a corpos que se movem a baixas velocidades em fluidos com regime laminar.

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No segundo modelo, conhecido como resistência quadrática ou lei de Rayleigh, a magnitude da força de atrito é calculada de acordo com:

F rub = ½ ρ.AC d .v 2

Onde ρ é a densidade do fluido, A é a área da seção transversal do objeto e C d é o coeficiente de arrasto.

O produto ½ ρ.AC d  é uma constante aerodinâmica chamada D, cujas unidades SI são kg / m, portanto:

F rub = Dv 2

Esse modelo é mais apropriado quando a velocidade dos objetos é média ou alta, pois o movimento produz turbulência ou redemoinhos à medida que passa pelo fluido.

Uma bola de tênis em movimento e carros na estrada são exemplos de objetos nos quais esse modelo funciona muito bem.

A força viscosa surge porque o sólido deve separar as camadas de fluido para se mover através dele. A existência de vários modelos se deve ao fato de que essa força depende de múltiplos fatores, como a viscosidade do fluido, a velocidade e a forma do objeto.

Existem mais objetos aerodinâmicos do que outros e muitos são projetados com precisão para que a resistência do meio minimize sua velocidade.

Exemplos de atrito viscoso

Qualquer pessoa ou objeto que se move em um fluido necessariamente experimenta resistência do meio, mas esses efeitos são frequentemente negligenciados em aplicações simples, como queda livre.

As declarações de quase todos os problemas de queda livre mostram que os efeitos da resistência do ar são negligenciados. Isso ocorre porque o ar é um fluido bastante “fino” e, portanto, esperamos que o atrito que ele oferece não seja significativo.

Mas existem outros movimentos em que o atrito viscoso tem uma influência mais decisiva, vamos ver alguns exemplos:

Pedras caindo na água e grãos de pólen

-Uma rocha que é lançada verticalmente em um tubo cheio de óleo experimenta uma força que se opõe à sua descida, graças à resistência do fluido.

-Os grãos de pólen são muito pequenos; portanto, para eles, a resistência do ar não é desprezível, porque, graças a essa força, eles conseguem permanecer flutuando por muito tempo, causando alergias sazonais.

Nadadores e ciclistas

-No caso de nadadores, eles usam uma touca e fazem a barba completamente, para que a resistência da água não diminua sua velocidade.

-Como os nadadores, os ciclistas de contra-relógio experimentam resistência ao ar; consequentemente, os capacetes têm desenhos aerodinâmicos para melhorar a eficiência.

Da mesma forma, a posição do ciclista dentro de um grupo em competição é relevante. Quem lidera a marcha evidentemente recebe a maior resistência do ar, enquanto para quem fecha a marcha isso é quase nulo.

Pára-quedistas

-Uma vez que um paraquedista abre o pára-quedas, ele é exposto ao atrito viscoso do ar, o modelo mais apropriado é aquele com o quadrado da velocidade. Dessa forma, reduz sua velocidade e, como o atrito se opõe à queda, atinge um valor limite constante.

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Automóveis

Para automóveis, o coeficiente de resistência aerodinâmica, uma constante determinada experimentalmente e a superfície que apresenta contra o vento, são os fatores determinantes para reduzir a resistência do ar e reduzir o consumo. É por isso que eles são projetados com pára-brisas inclinados.

Experiência da gota de óleo de Millikan

-No experimento de queda de óleo de Millikan, o físico Robert Millikan estudou o movimento das gotas de óleo no meio de um campo elétrico uniforme, concluindo que qualquer carga elétrica é um múltiplo da carga de elétrons.

Para isso, era necessário conhecer o raio das gotas, que não podiam ser determinadas por medição direta, devido ao seu pequeno tamanho. Mas, neste caso, o atrito viscoso foi significativo e as gotas acabaram desacelerando. Esse fato permitiu determinar o raio das gotas e posteriormente sua carga elétrica.

Exercícios

– Exercício 1

Na equação da força de atrito viscoso a baixa velocidade:

F rub = γv

a) Que dimensões o coeficiente de atrito viscoso γ deve ter?

b) Quais são as unidades de γ no Sistema Internacional de Unidades?

Solução para

Ao contrário dos coeficientes de atrito estático ou de atrito cinético, o coeficiente de atrito viscoso possui dimensões que devem ser:

Força / velocidade

A força tem dimensões de massa x comprimento / tempo 2 , enquanto as de velocidade são comprimento / tempo. Denotando-os da seguinte maneira:

-Mass: M

-Comprimento: L

-Tempo: T

As dimensões do coeficiente de atrito viscoso γ são:

[ML / T 2 ] / [L / T] = [MLT / LT 2 ] = M / T

Solução b

No SI, as unidades de γ são kg / s

– Exercício 2

Levando em consideração a resistência da água, encontre uma expressão para a velocidade terminal de uma bola metálica que é deixada cair verticalmente em um tubo cheio de óleo, nos casos:

a) baixa velocidade

b) alta velocidade

Solução para

A figura mostra o diagrama do corpo livre, mostrando as duas forças que atuam na esfera: o peso para baixo e a resistência do fluido, proporcional à velocidade, para cima. A segunda lei de Newton para esta moção declara o seguinte:

γv t – mg = 0

Onde v t é a velocidade do terminal, dada por:

v t = mg / γ

Solução b

Se assumirmos velocidades médias a altas, o modelo apropriado é aquele com a velocidade ao quadrado:

F rub = ½ ρ.AC d .v 2

Assim:

½ ρ.AC d .v 2 – mg = 0

Dv 2 – mg = 0

v = √ [mg / D]

Em ambas as situações, quanto maior a massa do objeto, maior sua velocidade terminal.

Referências

  1. Serway, R., Jewett, J. (2008). Física para Ciências e Engenharia. Volume 1. 7 ma . Ed. Cengage Learning.
  2. Sears, Zemansky. 2016. Física Universitária com Física Moderna. 14 th . Ed. Volume 1.
  3. Tipler, P. (2006) Física para Ciência e Tecnologia. 5º Ed. Volume 1. Editorial Reverté.
  4. Tippens, P. 2011. Física: Conceitos e Aplicações. 7ª Edição. McGraw Hill
  5. Universidade de Sevilha. Forças de atrito. Recuperado de: laplace.us.es.

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