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Condições de estabilidade

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ID:(1582, 0)



Estabilidade: Laminar e turbulência

Definição

Um fluido que se torna instável começa a formar vórtices e eventualmente exibe um comportamento turbulento. A instabilidade pode ser caracterizada pelo chamado número de Reynolds. No vídeo, é mostrado o comportamento de um líquido em função do número de Reynolds:

ID:(11755, 0)



Escala de efeitos

Imagem

Os sistemas que oscilam estão agrupados em duas escalas:

- Fenômenos associados à circulação estão relacionados a escalas de comprimento e tempo em torno de uma velocidade de 1 m/s. Isso abrange desde fenômenos como turbulência (de metros a quilômetros e períodos de segundos a horas) até fenômenos meteorológicos (centenas de quilômetros e dias a um mês).

- Oscilações globais podem variar em escala temporal (meses, anos), mas possuem uma escala espacial global (regiões ou o planeta como um todo).

ID:(11752, 0)



Condições de estabilidade

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Variáveis

Símbolo
Texto
Variáve
Valor
Unidades
Calcular
Valeur MKS
Unidades MKS
$\rho$
rho
Densidade
kg/m^3
$f$
f
Fator de Coriolis
rad/s
$Re$
Re
Número de Reynolds
-
$\eta$
eta
Viscosidade da água do oceano
Pa s

Cálculos


Primeiro, selecione a equação:   para ,  depois, selecione a variável:   para 

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

 Variáve   Dado   Calcular   Objetivo :   Equação   A ser usado



Equações

A energia associada for a de Coriolis pode ser estimada considerando a for a de Coriolis e um comprimento caracter stico $L$. A for a de Coriolis o produto da massa $m$, o fator de Coriolis $f$ e a velocidade $U$. Por outro lado, a energia associada for a inercial simplesmente a en1ergia cin tica proporcional a $mU^2$.

Com base nisso, o n mero de Rossby definido como:

$R_0 = \displaystyle\frac{m U^2}{ m f U L}$



Assim, o n mero de Rossby representa a rela o entre a energia cin tica do fluido e o efeito da for a de Coriolis.

equation


Exemplos

Um fluido que se torna inst vel come a a formar v rtices e eventualmente exibe um comportamento turbulento. A instabilidade pode ser caracterizada pelo chamado n mero de Reynolds. No v deo, mostrado o comportamento de um l quido em fun o do n mero de Reynolds:

video

No caso do n mero de Reynolds, considera-se como um l quido ou g s forma v rtices ou turbul ncias. Para isso, compara-se a in rcia com a for a viscosa. Se a primeira representada pela energia cin tica expressa pela velocidade U, densidade \rho, raio R e rea da se o transversal S:

$\rho S R U^2$



e a segunda representada pela energia associada for a viscosa:

$\eta S U$



onde \eta a viscosidade. Com list, temos:

equation

Os sistemas que oscilam est o agrupados em duas escalas:

- Fen menos associados circula o est o relacionados a escalas de comprimento e tempo em torno de uma velocidade de 1 m/s. Isso abrange desde fen menos como turbul ncia (de metros a quil metros e per odos de segundos a horas) at fen menos meteorol gicos (centenas de quil metros e dias a um m s).

- Oscila es globais podem variar em escala temporal (meses, anos), mas possuem uma escala espacial global (regi es ou o planeta como um todo).

image

Para comparar a for a de Coriolis com a for a inercial, podemos definir sua rela o como um n mero adimensional caracter stico conhecido como n mero de Rossby. Uma vez que ambas as for as dependem da massa e da velocidade $U$, o n mero resultante simplifica-se para:

kyon

que depende do fator de Coriolis $f$ e de um comprimento caracter stico $L$.

Ao examinar essa rela o, podemos ver que o n mero de Rossby representa a propor o entre a velocidade caracter stica do fluido e o efeito da for a de Coriolis. Esse n mero nos indica se o sistema dominado pela in rcia ou pela for a de Coriolis.


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