Número de Froude
Calcule o adimensional Fr = v/√(g·L) que caracteriza escoamentos com superfície livre.
Fr
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Número de Froude: Fr = v/√(g·L)
O número de Froude é uma razão adimensional que coloca as forças inerciais de um lado e as gravitacionais do outro: Fr = v/√(g·L), em que v é a velocidade (m/s), g = 9,81 m/s² e L é um comprimento característico (m). Pense em água correndo a v = 2 m/s sobre uma profundidade L = 1 m. O resultado fica em Fr ≈ 0,64, ou seja, escoamento subcrítico. O que o número significa muda conforme o regime. Com Fr < 1 o escoamento é subcrítico: água calma, gravidade no comando, e perturbações que conseguem subir de volta para montante. Fr = 1 fica exatamente no crítico, e Fr > 1 indica regime supercrítico, rápido e dominado pela inércia, do tipo que lança ondas hidráulicas num vertedouro. Há um paralelo bacana com navios, onde Fr = v/√(g·L_casco). Cargueiros ficam abaixo de Fr < 0,3 para gastar menos combustível, ao passo que uma lancha em planeio passa de Fr > 1. O mesmo limiar reaparece na locomoção animal: Fr ≈ 1 é mais ou menos onde o andar vira corrida, e golfinhos chegam ao auge da eficiência hidrodinâmica perto desse ponto.
Aplicações
Aparece na hidráulica de canais abertos, como rios e canais de irrigação, no projeto de salto hidráulico em vertedouros e bacias de dissipação, na arquitetura naval ao dimensionar a resistência ao avanço de cascos, na biomecânica para análise de marcha e em modelos físicos em escala de portos e barragens.
Perguntas frequentes
Qual é o comprimento característico L? Varia conforme o problema que você está resolvendo. Em canais abertos, L é a profundidade hidráulica (a área dividida pela largura superficial). Para navios, é o comprimento na linha d'água, e para animais, o comprimento da perna. Use o L que combinar com a geometria do seu caso.
O que é um salto hidráulico? É a mudança brusca de escoamento supercrítico (Fr > 1) de volta para subcrítico, e nesse processo muita energia se dissipa. Você os encontra logo a jusante de vertedouros e comportas, onde os engenheiros os usam de propósito para impedir que o leito do canal sofra erosão.
Por que cargueiros ficam em Fr < 0,3? Passando disso, a resistência por geração de ondas sobe de forma não linear e o consumo de combustível dispara. Só cascos rápidos, como lanchas e hidrofólios, se dão ao trabalho de operar acima de Fr > 1.
Ferramentas Relacionadas
Número de Weber
Calcule o adimensional We = (ρ·v²·L)/σ, que compara forças inerciais e de tensão superficial.
Número de Hedström
Calcula o número de Hedström (He), um adimensional que combina massa específica, tensão limite de escoamento, diâmetro do tubo e viscosidade plástica de um fluido de Bingham. Usado com o Reynolds de Bingham, localiza a transição entre escoamento laminar e turbulento de fluidos de perfuração, polpas minerais e pastas de cimento. Informe as quatro grandezas.
Número de Reynolds
Calcula Re = ρ·v·D/μ a partir da densidade (kg/m³), velocidade (m/s), diâmetro (m) e viscosidade dinâmica (Pa·s).
Fatorar Número
Decomponha qualquer número em seus fatores primos. Resultado instantâneo no navegador com a fatoração completa.
Vazão de Sprinkler (Fator K)
Calcula a vazão de um chuveiro automático (sprinkler), Q = K × √P, a partir do fator K do bico e da pressão na cabeça do sprinkler P. O resultado, em L/min, é a água descarregada pelo chuveiro a uma dada pressão — base do dimensionamento hidráulico de sistemas de sprinklers, que precisa garantir vazão e densidade de aplicação suficientes na área de operação mais desfavorável. O fator K caracteriza o orifício do bico (quanto maior, mais vazão para a mesma pressão). Atenção às unidades de K e P, que devem ser coerentes. Informe o fator K e a pressão.
Número de Parafusos ao Cisalhamento
Calcula o número de parafusos necessários para resistir a uma força cortante, n = F ÷ (A·τ_adm), a partir da força cortante total a transmitir F (N), da área de cada parafuso A (mm²) e da tensão de cisalhamento admissível do material τ_adm (MPa). Em ligações estruturais e mecânicas solicitadas ao corte (emendas de vigas, ligações de treliças, flanges sob carga lateral, talas), distribui-se a força entre vários parafusos, cada um trabalhando ao cisalhamento. O número necessário é a força total dividida pela capacidade de corte de um parafuso (área × tensão admissível). O resultado é arredondado para cima, e na prática adota-se uma quantidade que também atenda a critérios de espaçamento mínimo entre parafusos, distância às bordas, e simetria da ligação. Este cálculo é a base do dimensionamento de ligações aparafusadas em estruturas de aço (onde compete com a soldagem) e em máquinas: define quantos parafusos e de que diâmetro são necessários. Há ainda outras verificações na mesma ligação: o ESMAGAMENTO da chapa (pressão de contato na parede do furo, que pode rasgar a chapa antes de o parafuso cisalhar), o rasgamento da borda e a resistência da própria chapa na seção líquida (descontando os furos). Mas o cisalhamento dos parafusos é o ponto de partida. Informe a força cortante, a área de cada parafuso e a tensão admissível.
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