Disciplina Curricular
Física dos Meios Contínuos FMCon
Licenciatura Bolonha em Química - 5_Plano 2015/16 a 2018/19
Peso
6.0 (para cálculo da média)
Objectivos
A – Princípios fundamentais da dinâmica de fluídos. B – Aplicação a um leque abrangente de fenómenos em Física e Engenharia. C – Resolução de problemas do ponto de vista teórico (analítico) e computacional. D – Relação entre várias áreas da Física.
Programa
1. Introdução e visão geral da unidade curricular 2. Fluido e equação de Euler. Equação da continuidade. Operador D/Dt. Aplicações: Objetos flutuantes. O vórtice do ralo. O teorema de Bernouilli. Equilíbrio hidrostático. Aparelhos para medir taxas de escoamento. 3. Escoamento potencial. O teorema da circulação de Kelvin. O teorema de Bernouilli para escoamentos não estacionários. Fontes e sumidouros. Analogia com a magnetostática. Soluções analíticas da equação de Laplace. Aplicações: Escoamento potencial à volta de uma esfera. O disco de Rayleigh. Linhas de vórtices. O efeito de Magnus. 4. Viscosidade e equação de Navier-Stokes. Tensões de corte em fluidos Newtonianos. Tensões e taxas de deformação como tensores. Viscosidade. Escoamento laminar plano. Aplicações: Lubrificação hidrodinâmica. Escoamento de Hele-Shaw. Escoamento laminar cilíndrico. Escoamento à volta de uma esfera. Lei de Stokes. A viscosidade de suspensões. 5. Vorticidade e camadas limite. Linhas de vorticidade. Camadas limite. Separação das camadas limite e formação de turbilhões. Turbilhões estacionários na esteira de esferas e cilindros. Aplicações: Forças de arrasto. Técnicas para a redução das forças de arrasto. Teoria das asas. O efeito de Magnus. 6. Instabilidades e Turbulência. A instabilidade de Rayleigh-Taylor. A instabilidade de Saffman-Taylor. Aplicações: Rayleigh-Plateau. Rayleigh-Benard. Marangoni. Taylor-Couette. Turbulência (Duplicação do período e intermitência, Cascata de energia, Scaling). Nota: Os capítulos da sinopse correspondem aos capítulos do livro de texto (Faber) mas não à sua ordem.
Métodos de ensino e avaliação
TEÓRICA O livro de texto adotado (Faber) privilegia uma exposição rigorosa dos princípios da dinâmica de fluidos, matematicamente não sofisticada, de um conjunto muito alargado de problemas em várias áreas da Física e da Engenharia. Um número significativo das aplicações tratadas no livro de texto são o ponto de partida para os problemas a resolver nas aulas-teórico práticas e/ou na avaliação contínua. TEÓRICO-PRÁCTICA A componente teórico-prática inclui a resolução analítica de alguns problemas inspirados em sub-seções do livro de texto (Faber) em temas desenvolvidos nas aulas teóricas. As (cinco) séries de problemas incluem ainda problemas inspirados no livro de Acheson. Alguns destes problemas poderão ser resolvidos numericamente, em particular para testar as aproximações e/ou os limites usados nas soluções analíticas. AVALIAÇÃO Avaliação contínua: Resolução em casa de 2 problemas de cada uma das (cinco) séries, que deve ser entregue na semana seguinte à resolução da série na TP. É obrigatória a presença em pelo menos 2/3 das aulas TPs (20%). A avaliação inclui ainda um exame final (80%) baseado nos problemas das séries. Avaliação não contínua: exame final (100%).