Calcule o número de Froude a partir da velocidade do fluxo e do comprimento característico, classifique o fluxo de canal aberto como subcrítico, crítico ou supercrítico ou resolva uma variável ausente - Fr = v/√(gL).
Propriedades de fluxo
Para vazão em canal aberto, utilize a profundidade hidráulica. Para um casco de navio, use o comprimento da linha d'água.
O padrão é a gravidade padrão da Terra, 9,81 m/s².
Número de Froude
—
Insira a velocidade do fluxo e o comprimento característico para calcular.
Regime de fluxo—
Distância crítica (Fr = 1)—
Classificar por número de Froude
Cole um valor Fr da primeira guia ou digite um diretamente.
Fr abaixo de 1 é subcrítico (fluxo profundo, lento e dominado pela gravidade), Fr igual a 1 é crítico (um salto hidráulico se forma nesta transição) e Fr acima de 1 é supercrítico (fluxo raso, rápido e dominado pela inércia).
Regime de fluxo
—
Insira um número de Froude para classificar o fluxo.
Limiares do regime
Regime
Faixa franca
Subcrítico
Fr < 1
Crítico
Fr = 1
Supercrítico
Franc > 1
O número crítico de Froude marca o ponto onde um salto hidráulico se forma como transições de fluxo entre regimes.
Resolva para uma variável ausente
valor resolvido
—
Escolha uma variável, defina o Fr alvo e insira os outros dois valores.
4 min de leitura3 etapas7 termos3 exemplos6 perguntasFr = v / √(gL)
O número de Froude é a contraparte do fluxo de canal aberto ao número de Reynolds - em vez de comparar as forças inerciais ao atrito viscoso, ele as compara à gravidade.
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Etapas
Como usar esta calculadora
3 etapas▸
1
Insira a velocidade e o comprimento do fluxo
Na guia Número de Froude, insira a velocidade do fluxo (m/s) e o comprimento característico (m) — profundidade hidráulica para fluxo de canal aberto ou comprimento da linha d'água para o casco de um navio. A aceleração gravitacional tem como padrão a gravidade padrão da Terra, 9,81 m/s², mas você pode substituí-la.
2
Leia o número e regime de Froude
O cartão de resultados mostra Fr junto com o regime de fluxo — subcrítico, crítico ou supercrítico — e a que distância o valor fica do limite crítico em Fr = 1. A guia Regime de Fluxo permite classificar qualquer valor de Fr diretamente, com um medidor mostrando onde ele cai em relação ao marcador crítico.
3
Resolva para uma variável ausente
Na guia Resolver, escolha a variável que você não conhece (velocidade, comprimento característico ou gravidade), defina um número de Froude alvo e preencha os outros dois — a calculadora reorganiza Fr = v/√(gL) para encontrar o valor ausente.
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Referência
Fórmula e metodologia
2 fórmulas▸
Número de Froude
Fr = v / √(gL)
Velocidade de fluxo v (m/s) dividida pela raiz quadrada da aceleração gravitacional g (m/s²) vezes um comprimento característico L (m, normalmente profundidade hidráulica ou comprimento da linha d'água). Fr é adimensional – não carrega unidades.
O fluxo subcrítico é profundo, lento e dominado pela gravidade – pequenas perturbações podem viajar rio acima. O fluxo supercrítico é raso, rápido e dominado pela inércia – os distúrbios viajam apenas a jusante. O ponto crítico (Fr = 1) marca o limite, onde um salto hidráulico se forma à medida que o fluxo transita entre os dois.
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Glossário
Principais termos explicados
7 termos▸
Número de FroudeUma quantidade adimensional que compara as forças inerciais às forças gravitacionais em um fluxo, usada para classificar o fluxo de canal aberto e prever a resistência à formação de ondas para navios e cascos.
Fluxo de canal abertoFluxo com uma superfície livre exposta à atmosfera, como um rio, canal ou vertedouro, em oposição ao fluxo pressurizado em tubulação. O número de Froude é a principal ferramenta para classificar esse tipo de fluxo.
SubcríticoFluxo com número de Froude menor que 1 — relativamente profundo e lento, onde as forças gravitacionais dominam. As perturbações da superfície podem propagar-se tanto a montante como a jusante.
SupercríticoEscoamento com número de Froude maior que 1 — relativamente raso e rápido, onde predominam as forças inerciais. As perturbações da superfície só podem propagar-se a jusante, nunca a montante.
Fluxo críticoFluxo exatamente em Fr = 1, o limite entre os regimes subcrítico e supercrítico. Neste ponto, a velocidade do fluxo é igual à velocidade de uma pequena onda gravitacional na superfície.
Salto hidráulicoUm aumento abrupto e turbulento na superfície da água que ocorre quando o fluxo passa de supercrítico para subcrítico, dissipando energia. Os saltos hidráulicos se formam em vertedouros, bacias de acalmamento e a jusante das comportas.
Velocidade do cascoA velocidade aproximada na qual as cristas das ondas da proa e da popa de uma embarcação com casco de deslocamento se alinham, historicamente tratada como um limite de velocidade prático para esse casco. Corresponde a um número de Froude de aproximadamente 0,4 com base no comprimento da linha d’água.
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Situações comuns
Exemplos práticos
3 exemplos▸
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Fluxo de canal aberto
Um riacho com 0,8 m de profundidade fluindo a 2 m/s
Velocidade 2m/sComprimento 0,8mGravidade 9,81 m/s²
Fr = 2 / √(9,81 × 0,8) ≈ 0,714. Isso está abaixo de 1, então o fluxo é subcrítico – relativamente profundo e lento, com ondas de superfície capazes de viajar rio acima contra a corrente.
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Velocidade do casco do navio
Um casco de deslocamento de 25 m de comprimento da linha d'água próximo à sua velocidade de casco
Velocidade 6,26m/sComprimento 25 metrosGravidade 9,81 m/s²
Fr = 6,26 / √ (9,81 × 25) ≈ 0,4 - o clássico número de Froude da velocidade do casco para embarcações de deslocamento, onde as cristas das ondas de proa e popa se alinham e a resistência à formação de ondas aumenta acentuadamente além deste ponto.
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Salto hidráulico
Fluxo do vertedouro ajustado exatamente ao limite crítico
Velocidade 3,13m/sComprimento 1 metroGravidade 9,81 m/s²
Fr = 3,13 / √(9,81 × 1) ≈ 1,0 — exatamente crítico. Na prática, o fluxo do vertedouro e do canal cruzando este limiar de supercrítico para subcrítico forma um salto hidráulico visível, uma onda estacionária turbulenta que dissipa energia.
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Referência
Citar esta calculadora
APA e MLA▸
Use um destes formatos para citar esta calculadora em um trabalho ou relatório.
O número de Froude é a contraparte do fluxo de canal aberto ao número de Reynolds - em vez de comparar as forças inerciais ao atrito viscoso, ele as compara à gravidade. Essa proporção única prevê se um rio, canal ou casco de navio está se movendo em um regime profundo dominado pela gravidade ou em um regime raso dominado pela inércia, e indica exatamente onde um salto hidráulico se formará. Esta calculadora aplica Fr = v/√(gL) às suas próprias condições de fluxo, classifica o resultado e pode resolver retroativamente uma variável ausente quando você conhece o número de Froude que está almejando.
Como funciona a calculadora do número Froude
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O número de Froude é a razão entre a velocidade de um fluxo e a velocidade de uma pequena onda gravitacional viajando em sua superfície, √(gL). Quando Fr está abaixo de 1, o fluxo se move mais lentamente do que a velocidade da onda, de modo que os distúrbios da superfície podem se propagar tanto a montante quanto a jusante - este é o fluxo subcrítico. Quando Fr excede 1, o fluxo ultrapassa as suas próprias ondas de superfície, de modo que as perturbações só podem viajar a jusante - este é o fluxo supercrítico. A transição em Fr = 1 não é gradual: ela aparece fisicamente como um salto hidráulico, um aumento abrupto e turbulento na elevação da superfície que dissipa o excesso de energia cinética do fluxo.
Entradas e o que elas significam
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Velocidade (m/s) é a velocidade média do fluxo. O comprimento característico (m) depende do contexto: para fluxo em canal aberto é geralmente a profundidade hidráulica (área de fluxo da seção transversal dividida pela largura da superfície livre), enquanto para o casco de um navio é o comprimento da linha d'água. A aceleração gravitacional (m/s²) é padronizada para a gravidade padrão da Terra, 9,81 m/s², e raramente precisa de ajuste — mas o campo existe para contextos de modelagem especializados. Como L está abaixo de uma raiz quadrada, dobrá-lo apenas aumenta o denominador em cerca de 41%, enquanto duplicar a velocidade dobra Fr diretamente – a velocidade é geralmente a entrada com maior influência no resultado.
Limites e casos extremos
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O número de Froude assume uma superfície livre única e bem definida e uma escala de comprimento que representa significativamente a profundidade do fluxo ou a geometria do casco — ele não captura efeitos tridimensionais, interferência de ondas entre múltiplos cascos ou compressibilidade. Para navios, a regra prática de velocidade do casco Fr ≈ 0,4 é uma diretriz útil de planejamento/deslocamento, não um limite físico rígido - muitos cascos operam um pouco acima ou abaixo dele, dependendo da forma do casco. Para projetos de canais e vertedouros, sempre compare as previsões de saltos hidráulicos com a modelagem hidráulica específica do local; esta calculadora fornece a classificação e o limite, não um cálculo total da perda de energia ou do comprimento do salto.
❓
Perguntas
Perguntas frequentes
6 perguntas▸
Qual é a fórmula do número de Froude?+
Fr = v/√(gL), onde v é a velocidade do fluxo (m/s), g é a aceleração gravitacional (m/s², normalmente 9,81) e L é um comprimento característico, como profundidade hidráulica ou comprimento da linha d'água (m). Fr é adimensional.
O que significa fluxo subcrítico?+
O fluxo subcrítico tem um número de Froude menor que 1. É relativamente profundo e lento, dominado pela gravidade, e os distúrbios superficiais podem viajar tanto a montante quanto a jusante - isso é típico da maioria dos rios e canais em condições normais.
O que significa fluxo supercrítico?+
O fluxo supercrítico tem um número de Froude maior que 1. É relativamente raso e rápido, dominado pela inércia, e os distúrbios superficiais só podem viajar a jusante - comuns logo abaixo das cristas dos vertedouros, comportas e calhas íngremes.
O que acontece em um salto hidráulico?+
Um salto hidráulico ocorre quando o fluxo cruza o limite crítico, Fr = 1, fazendo a transição de supercrítico para subcrítico. O aumento abrupto na elevação da superfície dissipa a energia cinética na forma de turbulência, razão pela qual os engenheiros projetam deliberadamente bacias de acalmamento para desencadear saltos e proteger os canais a jusante da erosão.
Como o número de Froude se aplica aos navios?+
Para embarcações com casco deslocado, o número de Froude baseado no comprimento da linha d'água prevê a resistência à formação de ondas. Em torno de Fr ≈ 0,4, os sistemas de ondas de proa e popa se alinham de uma forma que historicamente definiu uma 'velocidade do casco' prática - empurrar muito mais rápido requer desproporcionalmente mais potência porque o arrasto causador das ondas aumenta acentuadamente.
O número de Froude é adimensional?+
Sim. Cada unidade em v/√(gL) se cancela (m/s dividido por √(m/s² × m) se reduz a um número puro), e é por isso que pode ser usado para comparar fluxos de escalas completamente diferentes — um modelo de laboratório e um rio em tamanho real — na mesma escala subcrítica a supercrítica.
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