Empuxo e Arrasto em Corpos Imersos

1. Fabricação da seção de teste de injeção de gás (ver esquema e fotografia, Fig. 2)

1. Faça um buraco no fundo de um recipiente de plástico de paredes planas e altos. Instale um anteparo através deste orifício. Instale um encaixe redutor a uma conexão de compressão de tubo de ~3,2 mm na saída de encaixe do anteparo. Esta será a porta de injeção de bolha/gotícula.
2. Insira um comprimento curto (~1 cm) de 3,2 mm de diâmetro de cabo de borracha macia na conexão de compressão e aperte a porca de encaixe. Usando um alfinete de costura, fure um fino buraco através do cabo de borracha. Esta será a válvula para injetar bolhas/gotículas no recipiente de fluido.
3. Encha o recipiente com glicerina a um nível de ~25 cm. Despeje a glicerina lentamente enquanto um filme para baixo da parede lateral do recipiente para ajudar a reduzir a entrada de bolha no recipiente. Aguarde ~2 horas para permitir que bolhas maiores saiam do recipiente.
4. Monte uma câmera de vídeo em um tripé de frente para o recipiente, com a porção superior do líquido à vista. Monte uma luz brilhante do outro lado do recipiente, de frente para a câmera (iluminação de fundo). Insira uma folha de difusor entre a luz e o recipiente para garantir a iluminação uniforme.

2. Realizando experimentos

1. Insira uma régua ou objeto plano de tamanho conhecido no recipiente de glicerina, acima da porta de injeção, de frente para a câmera. Grave um breve vídeo do objeto. Isso servirá a uma escala para mapear a partir do tamanho da bolha em px e aumentar a velocidade em px s^-1 a m e m s^-1, respectivamente.
2. Utilizando uma seringa com uma agulha fina (por exemplo,medidor de 20). Injete bolhas de gás de tamanhos variados através da válvula de borracha no líquido. Use a câmera para gravar vídeos das bolhas subindo através do líquido.
3. Misture a coloração alimentar à base de óleo com óleo vegetal de soja (ou outro óleo vegetal de baixa viscosidade). Usando a seringa, injete gotículas coloridas de óleo de tamanhos variados no recipiente de glicerina. Grave vídeos das gotículas subindo.

3. Análise

1. Usando softwares como o reprodução de mídia VLC, exporte instantâneos de imagem do vídeo da régua (Passo 2.1). Em um software de edição de imagens, meça a distância de pixels em um comprimento conhecido do dispositivo. O fator de dimensionamento de comprimento pode então ser determinado como , onde L_m é o comprimento físico do objeto em metros e L_px é o comprimento do objeto em pixels na imagem.
2. Para cada vídeo de velocidade de aumento de bolha ou gotícula, extraia instantâneos de imagem de quando as bolhas/gotículas entram e saem da janela de visualização da câmera. Meça os diâmetros da bolha/gotícula (horizontal) em um software de edição de imagem(D_px). Meça as velocidades médias de elevação(U_px)como a diferença nas posições do nariz bolha/gotícula divididas por tempos de vídeo decorridos entre instantâneos de imagem iniciais e finais. Converta esses valores de pixels em valores físicos como: D =_px sDe U =_px sU.
3. Avaliar os números de bolhas e gotículas de Reynolds () e coeficientes de arrasto (Eqn. 2). Plote esses valores e compare com os resultados teóricos de Eqn. 3. As propriedades do fluido à temperatura ambiente (22°C) são:
   • Glicerina: ρ_f = 1300 kg m^-3, μ_f = 3,7 kg m^-1 s^-1
   • Ar: ρ_b = 1,19 kg m^-3
   • Óleo de soja: ρ_b = 920 kg m^-3

Figura 2: (a) Fotografia esquemática e (b) de instalação experimental.