Um Curso de Cálculo, Volume 3

Hamilton Luiz Guidorizzi · Capítulo 52 de 71

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Um Curso de Cálculo, Volume 3

Apêndice 3 Equação da continuidade

Apêndice

3

 

EQUAÇÃO DA CONTINUIDADE

 

A3.1. P RELIMINARES

Consideremos um escoamento bidimensional com campo de velocidade independente do tempo e dado por

 

onde 1 P e Q são supostas de classe C. Indiquemos por

 

a posição, no instante t, da partícula que no instante t0 ocupa a posição (u, v), isto é, para t = t , 0

Fixados u e v, ① fornece a posição, no instante t, da partícula que no instante t 0 ocupa a posição (u, v). A velocidade desta partícula no instante t é

 

Como

 

resulta

 

e

 

Observe que no instante t0 tem-se:

Admitiremos que as funções que ocorrem em 2 3 ① são de classe C em ℝ e que, para todo 2 t ∈ ℝ e todo ( u, v ) ∈ , ℝ,

 

Tendo em vista ②, resulta:

 

Segue que, para todo ( 2 u, v ) ∈ , ℝ

 

Logo, o determinante 2 ④ é estritamente positivo para todo t ∈ ℝ e todo ( u, v ) em ℝ.

(Por quê?)

Seja 2 g ( t, u, v ), t ∈ ℝ e ( u, v ) ∈ ℝ a função dada por

 

Vamos mostrar, a seguir, que

ou seja,

 

De fato,

 

Tendo em vista ⑤, resulta

 

Segue de ③ e da relação acima que

 

Como

 

e

 

resulta ⑥.

OBSERVAÇÃO IMPORTANTE. Se o campo de velocidade depender, também,

do tempo t, isto é, se for da forma