Calculadora do Número de Strouhal

O número de Strouhal (St) é um número adimensional que descreve a frequência de liberação de vórtices na esteira de um corpo em um fluxo de fluido. Ele relaciona a frequência de liberação de vórtices (f) à velocidade do fluxo (v) e ao comprimento característico (L) do corpo. Esse número é crucial para entender e prever fenômenos de dinâmica de fluidos, como as forças de sustentação e arrasto sofridas pelo corpo no fluxo.

Histórico

O número de Strouhal recebeu o nome do físico tcheco Vincenc Strouhal, que na década de 1870 investigou os assobios produzidos por objetos cilíndricos em um fluxo e descobriu a relação entre a frequência desses sons e a velocidade do fluxo. Essa relação tem sido amplamente aplicada em dinâmica de fluidos desde então para caracterizar o comportamento oscilatório de fluxos ao redor de objetos.

Fórmula de cálculo

A fórmula para calcular o número de Strouhal é dada por:

\[ St = \frac{fL}{v} \]

onde:

• \(St\) é o número de Strouhal,
• \(f\) é a frequência de liberação de vórtices (em Hz),
• \(L\) é o comprimento característico do corpo (em metros),
• \(v\) é a velocidade do fluxo (em m/s).

Exemplo de cálculo

Se a nadadeira caudal de um peixe oscila a uma frequência de 2 Hz, com um comprimento característico de 0,1 metros, em água fluindo a 1 m/s, o número de Strouhal é calculado como:

\[ St = \frac{2 \times 0,1}{1} = 0,2 \]

Importância e cenários de uso

O número de Strouhal é usado no projeto e na análise de uma ampla gama de aplicações, incluindo a otimização da eficiência energética em sistemas de propulsão bioinspirados, o estudo de cargas de vento em edifícios e pontes e a análise do fluxo sanguíneo em pesquisa médica. Ele ajuda a entender a interação fluido-estrutura e a prever as forças e os padrões de liberação de vórtices.

Perguntas frequentes

1. O que o número de Strouhal nos diz?

   • O número de Strouhal fornece informações sobre a estabilidade e o padrão de liberação de vórtices atrás de um corpo arredondado em um fluxo. Um número St estável dentro de uma determinada faixa indica um padrão regular de vórtices, que é importante para prever forças oscilatórias em estruturas.

2. Como o número de Strouhal afeta a propulsão em animais aquáticos?

   • Animais aquáticos, como peixes e cetáceos, utilizam uma gama de números de Strouhal para propulsão eficiente, otimizando a relação entre a energia que gastam e a força que geram. Estudos mostraram que há uma faixa ideal de números de Strouhal para máxima eficiência na natação e no voo na natureza.

3. O número de Strouhal pode prever o ruído gerado por estruturas?

   • Sim, o número de Strouhal pode ser usado para prever a frequência do som gerado pela liberação de vórtices de estruturas, como chaminés e cabos, quando submetidas ao vento. Isso é crucial para projetar estruturas para minimizar a poluição sonora.

Esta calculadora facilita a compreensão e a aplicação do número de Strouhal, tornando-a uma ferramenta valiosa para estudantes, engenheiros e pesquisadores envolvidos em dinâmica de fluidos e áreas relacionadas.