Em 1851, George Gabriel Stokes calculou a força de arrasto em uma pequena esfera que se arrasta através de um fluido viscoso - um resultado que ainda hoje sustenta a análise de sedimentos, a viscometria e a medição do tamanho de partículas. Esta calculadora aplica F = 6πµrv para encontrar o arrasto diretamente ou reorganiza o equilíbrio de forças entre gravidade, flutuabilidade e arrasto para descobrir a rapidez com que uma partícula se assenta (ou sobe) através de um fluido.

Como funciona a calculadora da lei de Stokes

A força de arrasto de Stokes, F = 6πµrv, vem da resolução das equações de fluxo de fluido para uma esfera que se move lentamente o suficiente para que a inércia seja insignificante em comparação com o atrito viscoso - o chamado regime de fluxo rastejante. A fórmula da velocidade de assentamento estende isso definindo o arrasto igual à força descendente líquida da gravidade menos a flutuabilidade (que depende da diferença de densidade entre a partícula e o fluido) e, em seguida, resolvendo a velocidade na qual essas forças se equilibram. Como esse equilíbrio pode favorecer qualquer direção, uma partícula menos densa que o fluido circundante subirá em vez de assentar — a calculadora relata isso explicitamente, em vez de tratá-lo como um erro.

Entradas e o que elas significam

Raio (m) é o raio da esfera, não o diâmetro — a lei de Stokes é derivada especificamente para esferas, portanto partículas de formato irregular precisam de um fator de correção de forma que esta calculadora não aplica. A viscosidade dinâmica µ (Pa·s) é uma propriedade do fluido; a água tem cerca de 0,001 Pa·s enquanto a glicerina tem cerca de 1,49 Pa·s. A densidade das partículas e a densidade do fluido (kg/m³) importam apenas para o cálculo da velocidade de sedimentação – sua diferença, e não seus valores absolutos, determina o resultado. A velocidade (m/s) na guia Força de arrasto é a velocidade relativa entre a esfera e o fluido, independentemente da forma como o movimento surge.

Limites e casos extremos

A lei de Stokes só é precisa no regime de baixo número de Reynolds (fluxo rastejante), aproximadamente Re ≪ 1, onde Re = ρf·v·(2r)/µ usando o diâmetro da esfera. Acima de cerca de Re = 1, o fluxo começa a se separar da parte de trás da esfera, e o arrasto do mundo real excede a previsão de Stokes - a guia Velocidade de assentamento sinaliza isso com uma verificação do número de Reynolds. A fórmula também assume um fluido newtoniano infinito e imóvel; não leva em consideração paredes próximas do recipiente (o 'efeito parede'), interações partícula-partícula em suspensões concentradas, formas não esféricas ou fluidos compressíveis ou não newtonianos. Para partículas maiores ou em queda rápida, use uma correlação completa de coeficiente de arrasto.