mecanica de fluidos

O desastre do Titanic

Olá, hoje apresentar-vos-ei um artigo em que explicarei de forma simples porque é que um navio como o Titanic se afundou…

Para não variar vamos fazer de novo um esquema de forças:

titanic

Sendo esta força o peso do navio(\vec{P}_n). Mas para ele flutuar tem de existir uma força contraria ao peso do navio.

Titanic

Esta nova força é chamada impulsão(\vec{I}) e segundo Arquimedes é igual ao peso do volume de água deslocado(\vec{P}_V)(Princípio de Arquimedes).

I=P_V

Mas, por outro lado, para ele flutuar o impulso tem se ser igual ao peso do navio…

I=P_n

\Leftrightarrow I=Mg onde M é a massa do navio

Calculando…

I=4.6\times 10^8\quad N  || (M=4.6\times 10^7 kg Fonte:aqui)

Mas depois da colisão com o iceberg ele começou a enchersse de água e por conseguinte a aumentar a sua massa…

Agora…

P_n2=(M+m)g sendo m a massa da agua que entrou para o navio…

Calculando

P_{n2}=(4.6\times 10^7 + 2.2\times 10^7)g  || m=2.2\times 10^7 kg Fonte: aqui)

P_{n2}=6.8\times 10^8\quad N

Assim concluímos que P_{n2}>I

titanic2

Logo a navio irá se afundar…

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Vai um copo de champanhe?!

 

Olá hoje irei explicar porque é que se abrirmos um pouco a garrafa de champanhe e a agitarmos a rolha salta?

Segundo uma pesquisa efectua da na internet(aqui) descobri que cerca de 80% do gás carbónico(dióxido de carbono) presente no champanhe é libertado quando a tampa salta.

Desenhando um esquema de forças:

champanhe

  

 

  A verde a Força de atrito entre a rolha e a garrafa(\vec{Fa})

  A azul uma força devido a pressão que o gás exerce na rolha (\vec{Fp})

 

 

 

 

 

 

 

 

No equilíbrio, ou seja, quando a rolha esta na garrafa:

\sum\vec{F}=\vec{Fp}+\vec{Fa}

\Rightarrow 0=Fa-Fp

\Leftrightarrow Fp=Fa Como P=\frac{F}{A} onde p é a pressão exercida pelo gás e A a área em contacto com o gás.

\Leftrightarrow PA=Fa Utilizando a equação dos gases ideais VP=nRT (ver aqui)

\frac{nRT}{V}A=Fa

Fazendo uma busca na internet descobri os seguintes valores:

M=0.04401\quad kg/mol Fonte:aqui

R=8,314472\quad m^3Pa/ Kmol  fonte:aqui

T=278.15\quad K(5C)  Fonte:aqui

A=4.5\times 10^{-4}\quad m^2  Fonte:aqui

Admitindo que cerca de 5% da garrafa esta preenchida apenas por gás e que se trata de uma garrafa de 1.5 litros o volume é dado por:

0.05\times 0.0015=7.5\times10^{-5}\quad m^3 (1.5L=1.5dm^3=0.0015m^3)

Sabemos que uma garrafa tem em media 1.5 Litros e sabemos que a concentração de C0_2 no champanhe é de 0.011\quad kg/L Fonte:aqui

C_{CO_2}=\frac{m_{CO_2}}{V_{total}}

\Leftrightarrow C_{CO_2} V_{total}=m_{CO_2} Aplicando os valores

m_{CO_2}=1.65\times10^{-5}\quad kg Como apenas 80% esta separado do liquido;

m=0.8m_{CO_2}=0.8\times 1.65\times10^{-5}=1.32\times 10^{-5}\quad kg Assim;

n=\frac{m}{M}=3\times10^{-4}\quad mol

Calculando:

\frac{3\times10^{-4}\:\times 8.31\:\times 278.15}{7.5\times10^{-5}}4.5\times 10^{-4}=Fa

Fa=4.2\quad N

Isto acontece antes de agitar…

Tratando agora do caso em que agitamos a garrafa;

Sabemos que cerca de 80 % do gás é libertado quando a rolha falta e os outros 20% ficam no líquido, mas ao agitar faremos com que pelo menos metade desses 20% saiam do liquido aumentando o número de moléculas para o mesmo volume e assim aumentando a pressão.

Recorrendo à formula deduzida em cima:

Fa=\frac{nRT}{V}A[A]

Como R,Te V são constantes apenas temos de calcular n;

Como agora já não será 80% do CO_2 que estará separado do champanhe mas sim 90% calculando agora a nova massa(m_n)

m_n=0.9m_{CO_2}=1.5\times10^{-5}\quad kg

n=\frac{m_n}{M}=3.4\times10^{-4}\quad mol Calculando;

\frac{3.4\times10^{-4}\:\times 8.31\:\times 278.15}{7.5\times10^{-5}}4.5\times 10^{-4}=Fa_n

Fa_n=4.8\quad N

Como Fa_n>Fa Concluimos que depois de agitar a rolha irá saltar devido ao facto de que a força de atrito necessária a que a rolha, depois de agitar, permaneça na garrafa seja maior e como está(força de atrito) permanece constante a rolha irá saltar.