Nível Graduação
Semestre 2026/01
Horário Seg/Qua 14:00h-16:00

MECÂNICA DOS FLUIDOS

Curso de Graduação em Física - UERJ

Prof. Marcelo Santos Guimarães

Baseado nas notas de aula de David Tong (Cambridge University)

1º semestre 2026 - Segundas e Quartas - 1h40 por aula

Visão Geral do Curso

O curso cobre os fundamentos e principais aplicações da mecânica dos fluidos em 25 aulas de 1h40 cada, distribuídas de 09/03 a 10/06/2026. O material segue o estilo das notas de David Tong, com ênfase em simetrias, leis de conservação e estrutura física subjacente.

MóduloTemaAulasDatasQtd.
IFundamentosAulas 1-409/03-18/034
IIFluidos IdeaisAulas 5-1023/03-13/046
IIIFluidos ViscososAulas 11-1515/04-29/045
IVOndas e InstabilidadesAulas 16-2006/05-20/055
VFluidos em Rotação e GeofísicaAulas 21-2327/05-03/063
VITurbulênciaAulas 24-2508/06-10/062
Total25 aulas09/03-10/0625

Após a última aula (10/06), o calendário prevê duas sessões de revisão geral (17/06 e 22/06), cinco avaliações distribuídas ao longo do semestre, e quatro datas de reserva em julho para reposição ou atividades extras.

Sistema de Avaliação

A avaliação é feita inteiramente por meio de 5 listas de exercícios, sem provas tradicionais. Em cada data de avaliação, os alunos resolvem no quadro exercícios selecionados da lista correspondente. Cada lista terá três níveis de exercícios: (A) aplicação direta, (B) combinação de conceitos, (C) problema desafiador.

Aval.DataListaConteúdo cobertoObservação
A108/04 (Qua)Lista 1Módulos I e II (parcial) - aulas 1-9Fundamentos + Fluidos Ideais até escoamento potencial
A204/05 (Seg)Lista 2Módulo II (completo) + Módulo III - aulas 5-15Fluidos Ideais (aerodinâmica) + Fluidos Viscosos completo
A325/05 (Seg)Lista 3Módulo IV - aulas 16-20Ondas de superfície, tensão superficial, instabilidades
A415/06 (Seg)Lista 4Módulos V e VI - aulas 21-25Rotação, geofísica e turbulência
A506/07 (Seg)Lista 5Notas Suplementares: Ondas SonorasOndas Sonoras

Calendário Completo

#DataMód.TipoAtividadeTong (ref.)
109/03 SegIAulaIntrodução à Mecânica dos FluidosCap. 1, introdução e §1.1
211/03 QuaIAulaCinemática dos FluidosCap. 1, §1.1.1-1.1.4
316/03 SegIAulaForças e Tensões em FluidosCap. 2, §2.1.1-2.1.3; Cap. 3, §3.1-3.1.1
418/03 QuaIAulaEquação de EulerCap. 2, §2.1-2.1.2
523/03 SegIIAulaTeorema de Bernoulli e AplicaçõesCap. 2, §2.1.4, 2.3.3, 2.4.2
625/03 QuaIIAulaVorticidade I: Definição e Teoremas FundamentaisCap. 2, §2.2-2.2.2
730/03 SegIIAulaVorticidade II: Dinâmica de VórticesCap. 2, §2.2.1-2.2.2 (+ complementar)
801/04 QuaIIAulaEscoamento Potencial I: Fundamentos (\(\phi\), \(\psi\), superposições)Cap. 1, §1.1.4; Cap. 2, §2.3-2.4.1
906/04 SegIIAulaEscoamento Potencial II: Funções Complexas e TransformaçõesCap. 2, §2.4.1-2.4.2 (+ complementar)
1008/04 Qua—AvaliaçãoAVALIAÇÃO 1 - Lista 1 (Módulos I e II, aulas 1-9)—
1113/04 SegIIAulaAerodinâmica: Perfis, Teorema de Kutta-Joukowski e SustentaçãoCap. 2, §2.1.4, 2.4.2 (+ complementar)
1215/04 QuaIIIAulaEquação de Navier-StokesCap. 3, introdução e §3.1-3.3.1
1320/04 SegIIIAulaSoluções Exatas I: Poiseuille e CouetteCap. 3, §3.2.1-3.2.3
1422/04 QuaIIIAulaSoluções Exatas II: Stokes, Lubrificação e ArrastoCap. 3, §3.4-3.4.4 (+ complementar)
1527/04 SegIIIAulaCamada Limite I: Equações de Prandtl e Solução de BlasiusCap. 3, §3.5-3.5.2
1629/04 QuaIIIAulaCamada Limite II: Separação, Transição e ArrastoCap. 3, §3.5.3-3.5.4
1704/05 Seg—AvaliaçãoAVALIAÇÃO 2 - Lista 2 (Módulo II completo + Módulo III)—
1806/05 QuaIVAulaOndas de Superfície I: Perturbações Lineares e Relação de DispersãoCap. 4, §4.1-4.1.2
1911/05 SegIVAulaOndas de Superfície II: Velocidade de Grupo, Dispersão e Ondas em Águas RasasCap. 4, §4.1.2 e 4.3.1
2013/05 QuaIVAulaTensão Superficial, Capilaridade e Ondas CapilaresCap. 4, §4.1.3
2118/05 SegIVAulaInstabilidades I: Rayleigh-Taylor e Rayleigh-PlateauCap. 5, §5.1.4 e 5.2-5.2.1
2220/05 QuaIVAulaInstabilidades II: Kelvin-Helmholtz e Critério de RichardsonCap. 5, §5.1-5.1.3 (+ complementar)
2325/05 Seg—AvaliaçãoAVALIAÇÃO 3 - Lista 3 (Módulo IV)—
2427/05 QuaVAulaFluidos em Referencial Rotante: Coriolis, Rossby e Balanço GeostróficoCap. 4, §4.3-4.3.2
2501/06 SegVAulaTeorema de Taylor-Proudman e Colunas de TaylorCap. 4, §4.3 (+ complementar)
2603/06 QuaVAulaOndas de Rossby e Aplicações GeofísicasCap. 4, §4.3.1-4.3.4
2708/06 SegVIAulaTurbulência I: Fenomenologia, Médias de Reynolds e Tensões TurbulentasCap. 6, §6.1-6.1.1
2810/06 QuaVIAulaTurbulência II: Cascata de Kolmogorov e Lei dos 5/3Cap. 6, §6.2-6.3.4
2915/06 Seg—AvaliaçãoAVALIAÇÃO 4 - Lista 4 (Módulos V e VI)—
3017/06 Qua—RevisãoRevisão Geral I - Fluidos Ideais e Viscosos (aulas 1-15)—
3122/06 Seg—RevisãoRevisão Geral II - Ondas, Rotação e Turbulência (aulas 16-25)—
3224/06 Qua—ReservaReserva / Reposição—
3329/06 Seg—ReservaReserva / Reposição—
3401/07 Qua—ReservaReserva / Reposição—
3506/07 Seg—AvaliaçãoAVALIAÇÃO 5 - Lista 5 (Ondas sonoras)—
3608/07 Qua—ReservaReserva / Reposição—

Plano Detalhado por Módulo

Módulo I - Fundamentos

AulaTítuloTópicos principaisTongRef. secundária
1Introdução à Mecânica dos FluidosO que é um fluido. Hipótese do contínuo. Densidade, pressão, velocidade. Descrições Euleriana e Lagrangiana.Cap. 1, introdução e §1.1L&L §1; Acheson §1.1
2Cinemática dos FluidosDerivada material D/Dt. Linhas de corrente, trajetórias, linhas de emissão. Equação da continuidade. Escoamento incompressível.Cap. 1, §1.1.1-1.1.4L&L §1; Kundu §3.1-3.3
3Forças e Tensões em FluidosForças de corpo e de superfície. Tensor de tensões. Pressão hidrostática. Fluidos Newtonianos: tensor de tensões viscosas.Cap. 2, §2.1.1-2.1.3; Cap. 3, §3.1-3.1.1L&L §2; Kundu §2.3-2.4
4Equação de EulerDedução a partir de conservação de momento. Fluidos ideais. Condições de contorno. Interpretação como equação de campo para u.Cap. 2, §2.1-2.1.2L&L §2; Acheson §1.2-1.3

Módulo II - Fluidos Ideais

AulaTítuloTópicos principaisTongRef. secundária
5Teorema de Bernoulli e AplicaçõesBernoulli ao longo de linhas de corrente. Forma generalizada. Venturi, effluxo, sustentação simplificada. Paradoxo de d’Alembert.Cap. 2, §2.1.4, 2.3.3, 2.4.2L&L §5; Acheson §1.4
6Vorticidade I: Definição e Teoremas Fundamentais\(\omega = \nabla \times \mathbf{u}\). Equação de vorticidade. Teorema de Kelvin (circulação). Teorema de Helmholtz (tubos de vórtice). Conservação topológica.Cap. 2, §2.2-2.2.2L&L §8; Acheson §2.1-2.4
7Vorticidade II: Dinâmica de VórticesVórtices pontuais em 2D. Par de vórtices. Vórtice de Rankine. Anéis de vórtice. Estiramento de vorticidade. Helicidade como invariante topológico.Cap. 2, §2.2.1-2.2.2 (+ complementar)L&L §9; Acheson §2.5-2.7
8Escoamento Potencial IEscoamentos irrotacionais: potencial \(\phi\) e função de corrente \(\psi\). Superposição: fonte, sumidouro, dipolo, vórtice. Escoamento ao redor de cilindro.Cap. 1, §1.1.4; Cap. 2, §2.3-2.4.1Acheson §4.1-4.4; Batchelor §2.9
9Escoamento Potencial II: Funções ComplexasPotencial complexo \(w(z)=\phi+i\psi\). Velocidade complexa. Transformação de Joukowski. Mapeamento conforme. Círculo para perfil aerodinâmico.Cap. 2, §2.4.1-2.4.2 (+ complementar)Acheson §4.5-4.9; Batchelor §2.10
10Aerodinâmica: Perfis e SustentaçãoCondição de Kutta. Teorema de Kutta-Joukowski: \(L=\rho U\Gamma\). Circulação e sustentação. Arrasto de indução. Número de Reynolds na aerodinâmica.Cap. 2, §2.1.4, 2.4.2 (+ complementar)Acheson §4.6-4.9; Kundu §14

Módulo III - Fluidos Viscosos

AulaTítuloTópicos principaisTongRef. secundária
11Equação de Navier-StokesViscosidade dinâmica \(\mu\) e cinemática \(\nu=\mu/\rho\). Dedução de N-S. Número de Reynolds \(\mathrm{Re}\). Limites \(\mathrm{Re}\to 0\) (Stokes) e \(\mathrm{Re}\to\infty\) (Euler). Dissipação.Cap. 3, introdução e §3.1-3.3.1L&L §15-17; Kundu §9.1-9.2
12Soluções Exatas I: Poiseuille e CouetteEscoamento de Poiseuille em tubo e canal (perfil parabólico, lei de Hagen-Poiseuille). Escoamento de Couette. Relação pressão-vazão.Cap. 3, §3.2.1-3.2.3L&L §17; Acheson §7.1-7.2
13Soluções Exatas II: Stokes, Lubrificação e ArrastoEscoamento de Stokes ao redor de esfera: fórmula de Stokes para arrasto. Teoria de lubrificação (Reynolds). Validade em \(\mathrm{Re}\ll 1\).Cap. 3, §3.4-3.4.4 (+ complementar)L&L §20; Acheson §7.3-7.4
14Camada Limite I: Equações de Prandtl e Solução de BlasiusIdeia de Prandtl: separação de escalas. Dedução das equações da camada limite. Similaridade. Solução de Blasius: perfil e espessura \(\delta\sim(\nu x/U)^{1/2}\).Cap. 3, §3.5-3.5.2Acheson §8.1-8.3; Kundu §10.2
15Camada Limite II: Separação, Transição e ArrastoSeparação da camada limite: gradiente adverso de pressão. Arrasto de pressão vs. arrasto viscoso. Transição laminar-turbulenta. Critério de \(\mathrm{Re}_{\mathrm{crit}}\).Cap. 3, §3.5.3-3.5.4Acheson §8.4; Kundu §10.3-10.4

Módulo IV - Ondas e Instabilidades

AulaTítuloTópicos principaisTongRef. secundária
16Ondas de Superfície I: Perturbações LinearesLinearização em torno de repouso. Condições de contorno em superfície livre. Solução por modos normais. Relação de dispersão \(\omega^2=gk\tanh(kh)\).Cap. 4, §4.1-4.1.2L&L §12; Acheson §3.1-3.3
17Ondas de Superfície II: Dispersão e Grupos de OndaÁguas profundas e rasas como limites. Velocidade de fase \(c\) e de grupo \(c_g\). Dispersão: alargamento de pacotes de onda. Energia em ondas de gravidade.Cap. 4, §4.1.2 e 4.3.1L&L §12; Acheson §3.4-3.5
18Tensão Superficial, Capilaridade e Ondas CapilaresOrigem molecular da tensão superficial \(\gamma\). Equação de Young-Laplace. Ângulo de contato. Ondas capilares: relação de dispersão com gravidade e tensão superficial. Número de Weber.Cap. 4, §4.1.3Kundu §1.9; Acheson §3.9
19Instabilidades I: Rayleigh-Taylor e Rayleigh-PlateauAnálise de estabilidade linear: perturbação \(\to\) equação de crescimento. Instabilidade de Rayleigh-Taylor: fluido pesado sobre leve. Instabilidade de Rayleigh-Plateau: coluna de líquido.Cap. 5, §5.1.4 e 5.2-5.2.1Acheson §9.1-9.2; Kundu §11.1
20Instabilidades II: Kelvin-Helmholtz e Critério de RichardsonInstabilidade de Kelvin-Helmholtz: camada de cisalhamento. Critério de Richardson (estratificação estabilizadora). Relevância em atmosfera, oceano e astrofísica.Cap. 5, §5.1-5.1.3 (+ complementar)Acheson §9.3-9.4; Kundu §11.3

Módulo V - Fluidos em Rotação e Geofísica

AulaTítuloTópicos principaisTongRef. secundária
21Fluidos em Referencial RotanteForças fictícias: Coriolis \(-2\Omega\times\mathbf{u}\) e centrífuga. Número de Rossby \(\mathrm{Ro}=U/(\Omega L)\). Equações em referencial rotante. Balanço geostrófico. Aplicações atmosféricas.Cap. 4, §4.3-4.3.2Kundu §13.1-13.4
22Teorema de Taylor-Proudman e Colunas de TaylorDemonstração do teorema de Taylor-Proudman: \(\partial u/\partial z=0\). Colunas de Taylor: visualização experimental. Extensão para fluidos estratificados.Cap. 4, §4.3 (+ complementar)Kundu §13.5-13.6; Acheson §8.9
23Ondas de Rossby e Aplicações GeofísicasMecanismo físico das ondas de Rossby: conservação de vorticidade potencial. Relação de dispersão. Correntes oceânicas e atmosféricas. Corrente de jato (introdução).Cap. 4, §4.3.1-4.3.4Kundu §13.7-13.8

Módulo VI - Turbulência

AulaTítuloTópicos principaisTongRef. secundária
24Turbulência I: Fenomenologia e Médias de ReynoldsNatureza caótica e imprevisível da turbulência. Decomposição de Reynolds: \(u=\bar{u}+u’\). Equações RANS. Tensões de Reynolds: o problema do fechamento. Energia cinética turbulenta.Cap. 6, §6.1-6.1.1L&L §33-34; Kundu §12.1-12.3
25Turbulência II: Cascata de Kolmogorov e Lei dos 5/3Hipóteses de Kolmogorov (K41). Cascata de energia de grandes para pequenas escalas. Escalas de Kolmogorov (\(\eta\), \(\tau_\eta\), \(v_\eta\)). Lei \(E(k)\sim k^{-5/3}\). Análise dimensional. Limitações de K41.Cap. 6, §6.2-6.3.4L&L §34; Kundu §12.4-12.6

Referências Bibliográficas

SiglaTipoAutor(es)TítuloEditora / Nota
[T]PrincipalTong, D.Lectures on Fluid MechanicsCambridge (notas online): https://damtp.cam.ac.uk/user/tong/fluids.html
[LL]SecundáriaLandau, L.D. e Lifshitz, E.M.Fluid Mechanics (Vol. 6)Butterworth-Heinemann, 2ª ed., 1987
[A]SecundáriaAcheson, D.J.Elementary Fluid DynamicsOxford University Press, 1990
[K]SecundáriaKundu, P.K., Cohen, I.M. e Dowling, D.R.Fluid MechanicsAcademic Press, 6ª ed., 2015
[B]Ref. clássicaBatchelor, G.K.An Introduction to Fluid DynamicsCambridge University Press, 2000

Notas de Aula

#TópicoArquivo
1FundamentosNotas_Modulo_I_Fundamentos.pdf
2Fluidos_IdeaisNotas_Modulo_II_Fluidos_Ideais.pdf
3Fluidos_ViscososNotas_Modulo_III_Fluidos_Viscosos.pdf
4Ondas e InstabilidadesNotas_Modulo_IV_Ondas_Instabilidades.pdf
5Fluidos em Rotação e GeofísicaNotas_Modulo_V_Rotacao_Geofisica.pdf
6TurbulênciaNotas_Modulo_VI_Turbulencia.pdf
7Notas Suplementares: Ondas SonorasNotas_Suplementar_Ondas_Sonoras.pdf

Listas de Exercícios

#TópicoArquivoPrazo
1Fundamentos + Fluidos Ideais até escoamento potencialLista_1_MecFluidos.pdf08/04/2026
2Fluidos Ideais (aerodinâmica) + Fluidos Viscosos completoLista_2_MecFluidos.pdf04/05/2026
3Ondas de superfície, tensão superficial, instabilidadesLista_3_MecFluidos.pdf25/05/2026
4Rotação, geofísica e turbulênciaLista_4_MecFluidos.pdf15/06/2026
5Ondas sonorasLista_5_MecFluidos.pdf06/07/2026
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