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Especificações Lagrangianas e Eulerianas (fluidos)

1788
  • Joseph-Louis Lagrange
  • Leonhard Euler
Simulação de dinâmica de fluido computacional ilustrando as especificações Lagrangianas e Eulerianas.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Essas são duas maneiras de descrever o movimento em um meio contínuo. mecânica:

  • o Lagrangiano A especificação acompanha partículas individuais do material, rastreando suas propriedades ao longo do tempo, como observar um carro específico no trânsito.
  • A especificação euleriana concentra-se em pontos fixos no espaço, observando as propriedades (velocidade, densidade) de quaisquer partículas que passem por esses pontos, como uma câmera de trânsito observando um cruzamento fixo.

Na descrição lagrangiana, o movimento de um contínuo é descrito rastreando-se a trajetória de cada partícula individual. A posição de uma partícula [latex]mathbf{X}[/latex] na configuração inicial (no instante [latex]t_0[/latex]) é usada como seu rótulo. Sua posição em um instante posterior [latex]t[/latex] é dada por uma função [latex]mathbf{x} = boldsymbol{chi}(mathbf{X}, t)[/latex]. Propriedades físicas como velocidade e aceleração são então calculadas tomando-se as derivadas temporais dessa função, mantendo [latex]mathbf{X}[/latex] constante. Essa abordagem é intuitiva, pois espelha a maneira como observamos objetos individuais. É a estrutura natural da mecânica dos sólidos, onde pontos materiais são rastreados à medida que o corpo se deforma.

Em contrapartida, a descrição euleriana concentra-se no que acontece em locais fixos no espaço. Em vez de rastrear partículas, definimos um campo para cada propriedade física como uma função da posição [latex]mathbf{x}[/latex] e do tempo [latex]t[/latex]. Por exemplo, o campo de velocidade é dado por [latex]mathbf{v} = mathbf{v}(mathbf{x}, t)[/latex], que representa a velocidade de qualquer partícula que esteja no ponto [latex]mathbf{x}[/latex] no instante [latex]t[/latex]. Essa perspectiva é geralmente mais conveniente para a dinâmica de fluidos. A aceleração de uma partícula fluida no referencial euleriano é descrita pela derivada material, [latex]Dmathbf{v}/Dt = partial mathbf{v}/partial t + (mathbf{v} cdot nabla)mathbf{v}[/latex], que inclui tanto a aceleração local em um ponto quanto a aceleração convectiva devido à partícula se mover para um novo local com uma velocidade diferente.

UNESCO Nomenclature: 2209
Dinâmica dos fluidos

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Mecânica newtoniana
  • Cálculo das variações
  • Cinemática de corpos rígidos
  • O trabalho anterior de Euler sobre movimento de fluidos

Aplicações

  • Os solucionadores de dinâmica de fluidos computacional (CFD) frequentemente utilizam uma malha euleriana.
  • solid mechanics and finite element analysis typically use a lagrangian description
  • Os modelos de previsão do tempo utilizam uma estrutura euleriana para descrever as propriedades atmosféricas em locais fixos.
  • A velocimetria por rastreamento de partículas (PTV) é uma técnica de medição lagrangiana.

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: lagrangiano, euleriano, campo de fluxo, derivada material, quadro de referência, dinâmica de fluidos, mecânica dos sólidos, cinemática.

Contexto histórico

Especificações Lagrangianas e Eulerianas (fluidos)

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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

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