Mecânica dos fluidos/Estática aplicada a um elemento de volume diferencial

Fonte: testwiki
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Estática aplicada a um volume de controle diferencial

Análise das forças de superfície

Considerando o volume δV como um cubo em um sistema de coordenadas cartesianas, situado originalmente no ponto P(x0,y0,z0), podemos escrever que a força atuando no sentido do eixo X é a soma das forças nesse sentido atuando em cada uma das faces


δFx=δFxX++δFxX+δFxY++δFxY+δFxZ++δFxZ


onde FxX+ indica a força atuando no sentido do eixo X na face que repousa sobre o plano X+, e assim por diante.


Mas, de acordo com a definição de tensões,


δFxX+=σxx(x0+δx)δAX


δFxX=σxx(x0)δAX


δFxY+=τyx(y0+δy)δAY


δFxY=τyx(y0)δAY


e assim por diante, de acordo com a convenção de que uma tensão positiva está direcionada para fora do elemento de volume. Dessa forma


δFx=[σxx(x0+δx)σxx(x0)]δAX+[τyx(y0+δy)τyx(y0)]δAY+[τzx(z0+δz)τzx(z0)]δAZ


δFx=δσxxδAX+δτyxδAY+δτzxδAZ


δFx=σxxxδxδAX+τyxyδyδAY+τzxzδzδAZ


δFx=(σxxx+τyxy+τzxz)δV


Podemos escrever equações similares para δFy e δFz.


δFy=(τxyx+σyyy+τzyz)δV


δFz=(τxzx+τyzy+σzzz)δV


Análise das forças do corpo

As forças do corpo podem ter diversas origens, e em cada caso uma expressão específica precisa ser derivada. A força do corpo mais importante é, obviamente, o peso do fluido. Essa força geralmente aparece apenas na direção do eixo Z e pode ser expressa por


δFz=ρgδV


o sinal negativo devendo-se ao fato de apontar para o sentido negativo do eixo Z.



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