Modelagem biomecânica

A mecânica dos fluidos é o ramo da mecânica aplicada que se ocupa da estática (fluidos em repouso) e da dinâmica (fluidos em movimento) de líquidos e gases. Ela aplica princípios fundamentais de conservação de massa, momento e energia para analisar e prever o comportamento dos fluidos. Suas aplicações são vastas, abrangendo desde a aerodinâmica e a hidráulica até a meteorologia e a oceanografia.

Na mecânica contínua, o princípio da conservação da massa afirma que a massa de um sistema fechado deve permanecer constante ao longo do tempo. Para um fluido, isso é expresso pela equação da continuidade. Em sua forma diferencial euleriana, ela é escrita como [latex]frac{partial rho}{partial t} + nabla cdot (rho mathbf{u}) = 0[/latex], onde [latex]rho[/latex] é a densidade e [latex]mathbf{u}[/latex] é o campo de velocidade.

Essas são duas maneiras de descrever o movimento na mecânica dos meios contínuos:

• A especificação Lagrangiana 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.

A mecânica dos sólidos é um ramo da mecânica dos meios contínuos que estuda o comportamento dos materiais sólidos, especialmente seu movimento e deformação sob a ação de forças, variações de temperatura ou outras cargas externas. É fundamental para a engenharia no projeto e análise de estruturas. As principais áreas incluem elasticidade (deformação recuperável), plasticidade (deformação permanente) e mecânica da fratura (iniciação e propagação de trincas).

A força eletromotriz ([latex]mathcal{E}[/latex]) é o trabalho realizado por unidade de carga elétrica por uma fonte não elétrica, como uma bateria ou um gerador. Apesar do nome, não se trata de uma força mecânica, mas sim de um potencial elétrico, medido em volts. Ela representa a energia convertida de outra forma (química, mecânica) em energia elétrica à medida que uma carga atravessa a fonte.

A corrente elétrica em uma pilha voltaica é produzida por uma reação redox. No ânodo de zinco, o zinco metálico é oxidado, liberando dois elétrons por átomo ([latex]Zn rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex]). Esses elétrons viajam pelo circuito externo até o cátodo de cobre. Lá, os íons de hidrogênio do eletrólito aquoso são reduzidos, formando gás hidrogênio ([latex]2H^{+} + 2e^{-} rightarrow H_2[/latex]).

A umidade absoluta ([latex]d_v[/latex]) é a massa total de vapor de água ([latex]m_{H_2O}[/latex]) presente em um determinado volume de ar ([latex]V_{ar}[/latex]). É expressa em gramas de vapor de água por metro cúbico de ar ([latex]g/m^3[/latex]). A fórmula é [latex]d_v = frac{m_{H_2O}}{V_{ar}}[/latex]. Ao contrário da umidade relativa, ela não depende da temperatura do ar, mas é afetada por mudanças na pressão ou no volume do ar.

Em um referencial girando com velocidade angular ω, a força centrífuga F_cf que atua sobre um objeto de massa m a uma posição vetorial r da origem é dada pela fórmula vetorial: F_cf = -m ω × (ω × r) . Esta fórmula mostra que a força é direcionada perpendicularmente ao eixo de rotação e para fora.

A Lei de Coulomb quantifica a força eletrostática entre duas partículas estacionárias e eletricamente carregadas. A força é diretamente proporcional ao produto das magnitudes das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. A fórmula é [latex]F = k_e frac{q_1 q_2}{r^2}[/latex]. Essa força pode ser atrativa ou repulsiva.

Uma reformulação da mecânica clássica baseada no princípio da ação estacionária. Utiliza uma grandeza escalar chamada Lagrangiana, definida como energia cinética menos energia potencial ([latex]L = T - V[/latex]). As equações de movimento são derivadas da equação de Euler-Lagrange, [latex]frac{d}{dt} left( frac{partial L}{partial dot{q}_i} right) - frac{partial L}{partial q_i} = 0[/latex], usando coordenadas generalizadas, o que simplifica a análise de sistemas complexos com restrições.

A corrosão galvânica é um processo eletroquímico no qual um metal sofre corrosão preferencial quando em contato elétrico com outro na presença de um eletrólito. Isso ocorre porque os metais diferentes formam um par bimetálico, com o metal menos nobre (mais reativo) atuando como ânodo e sofrendo corrosão, enquanto o metal mais nobre atua como cátodo.

A primeira bateria elétrica produzia corrente contínua empilhando pares de discos de metais diferentes (por exemplo, zinco e cobre) separados por um tecido embebido em salmoura. Cada par formava uma célula galvânica, e o empilhamento em série aumentava a voltagem total. Essa configuração demonstrou a primeira conversão contínua de energia química em energia elétrica, abrindo caminho para a eletroquímica moderna.

A pilha voltaica estabeleceu o princípio da adição de voltagens conectando células eletroquímicas em série. Cada par zinco-cobre, ou célula, gera uma força eletromotriz (FEM) característica de aproximadamente 0,76 volts. Ao empilhar fisicamente essas células, Volta demonstrou que a voltagem total na pilha é a soma das FEMs individuais de cada célula, conforme descrito por [latex]V_{total} = n times V_{cell}[/latex].

Uma zona de Fresnel é uma das várias regiões confocais elipsoidais proladas no espaço entre um transmissor e um receptor. O limite da zona primária é o elipsoide onde o comprimento do percurso do transmissor até um ponto na superfície do receptor é metade do comprimento de onda do percurso direto, causando uma defasagem de 180 graus.