UNICAMP 2009 (2ª fase) — questão 2 de Física

Enunciado em texto
O aperfeiçoamento de aeronaves que se deslocam em altas velocidades exigiu o entendimento das forças que atuam sobre um corpo em movimento num fluido. Para isso, projetistas realizam testes aerodinâmicos com protótipos em túneis de vento. Para que o resultado dos testes corresponda à situação real das aeronaves em vôo, é preciso que ambos sejam caracterizados por valores similares de uma quantidade conhecida como número de Reynolds R. Esse número é definido como , onde V é uma velocidade típica do movimento, L é um comprimento característico do corpo que se move e b é uma constante que depende do fluido.
a) Faça uma estimativa do comprimento total das asas e da velocidade de um avião e calcule o seu número de Reynolds. Para o ar, .
b) Uma situação de importância biotecnológica é o movimento de um micro-organismo num meio aquoso, que determina seu gasto energético e sua capacidade de encontrar alimento. O valor típico do número de Reynolds nesse caso é de cerca de , bastante diferente daquele referente ao movimento de um avião no ar. Sabendo que uma bactéria de de comprimento tem massa de kg, encontre a sua energia cinética média. Para a água, .
(Enunciado: Vestibular Unicamp 2009, 2ª fase — Comvest/Unicamp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.
Resolução comentada
O que a questão pede: (a) estimar o tamanho das asas e a velocidade de um avião e calcular o número de Reynolds; (b) a velocidade da bactéria, a partir do número de Reynolds, e depois a sua energia cinética.
Item (a) — a estimativa. Um jato de passageiros tem envergadura (asa a asa) de algumas dezenas de metros: tome L ≈ 50 m. A velocidade de cruzeiro está perto dos 800 km/h da questão 1, uns 220 m/s; tome V ≈ 250 m/s (900 km/h), como a banca:
Qualquer estimativa razoável vale (por exemplo, L = 30 m e V = 220 m/s dão cerca de ): o que importa é a ordem de grandeza, perto de .
Item (b) — passo 1: a velocidade da bactéria. Isolando V na definição, com L = 2,0 μm = 2,0 × 10⁻⁶ m:
Item (b) — passo 2: a energia cinética.
⚠️ A armadilha: no item (b), esquecer que 1 μm = 10⁻⁶ m, ou esquecer de elevar a velocidade ao quadrado. No item (a), usar o comprimento do avião em km ou a velocidade em km/h: o número de Reynolds não tem unidade só se tudo estiver no SI.
A ideia em uma frase: o número de Reynolds VL/b compara situações; com ele, a velocidade sai de V = Rb/L e a energia cinética de mV²/2.
Resposta: (a) com L ≈ 50 m e V ≈ 250 m/s, (ordem de ); (b) J (com m/s).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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