Paraquedismo e a Física

2ª Lei de Newton aplicada!

Observação

Nosso objetivo é descrever o movimento de forma bastante simplificada, a análise completa do movimento requer matemática de nível superior, pois na realidade a atmosfera não é uniforme e a força de arrasto geralmente varia com o quadrado da velocidade.

No salto de um paraquedista, devemos lembrar que ele estará submetido, verticalmente, a ação de duas forças, são elas: Peso e a Força de Arrasto, esta força deve-se a ação do fluido (ar) sobre o corpo do paraquedista, essa força sempre terá sentido contrário ao movimento. A Força de Arrasto é dada pela expressão abaixo:

Onde K é uma constante que depende da densidade do meio e do coeficiente aerodinâmico: a forma como o corpo “corta” o ar.

1)Instantes Iniciais

Nos instantes iniciais, a velocidade do paraquedista ainda é baixa, podemos, portanto desprezar a ação da Força de Arrasto.

                                           

                                              

                                                                                          

2)Movimento Acelerado

A velocidade do paraquedista irá aumentar enquanto a força Peso for maior que a Força de Arrasto

                                                                     

 3) Movimento Uniforme: Velocidade Terminal

Nesse instante a Força de Arrasto, que depende da velocidade, se iguala a força peso, o paraquedista atingiu a velocidade terminal.

                                                       

Nota: Caso o paraquedista mude a posição do corpo, a área efetiva será alterada e consequentemente a velocidade terminal terá outro valor.

4) Abertura do paraquedas

Devido abertura do paraquedas a área efetiva aumentará, além disso, a velocidade nesse momento é bastante elevada (velocidade terminal), por esses dois motivos,  a Força de Arrasto será maior que o Peso, produzindo uma desaceleração.

Nota 1: Na montagem das equações, considerei a trajetória orientada para cima, dessa forma, uma aceleração negativa indica que a mesma está orientada para cima: Movimento Retardado.

Nota  2: Quando estamos assistindo através de vídeos o salto de um paraquedista, temos a impressão que no momento da abertura do paraquedas ele é arrasto para cima, isto ocorre apenas no referencial do seu colega de salto que está fazendo o vídeo. Para um observador no solo, o mesmo continue descendo!

5) Movimento Uniforme: Velocidade para pouso.

Devido a desaceleração, a velocidade diminui até o ponto onde a força de arrasto se iguala novamente a força peso, nesse momento o pouso pode ser efetuado em segurança.

Na realidade, a velocidade não varia de forma linear como informa 

                                                             

                                                                                                        

                                                 

       A constante de proporcionalidade  k=ρδ/2

• ρ é a densidade do ar.  
• δ é um coeficiente que depende da forma do objeto

Na seguinte tabela, são proporcionados os coeficientes de arrasto δ para vários objetos.

 A Força de Arrasto no dia a dia:

1 - Imagine um carro em movimento retilíneo e uniforme, o gasto de combustível aumenta bastante com o aumento da velocidade. Vejamos:

                                                                       

Ou seja, a 20 m/s seria necessária uma potência Pot_o, a 40 m/s, a potência requerida seria Pot = 8 Pot_o, já que a potência varia com o quadrado da velocidade. Sabendo que:

fica explicado o alto consumo de combustível.

2 – Um carro com grande área efetiva e baixo coeficiente aerodinâmico como a Kombi praticamente não “corta” o vento, ou seja, a Força de Arrasto se opondo ao movimento é grande, produzindo um alto gasto de combustível mesmo a baixas velocidades. Os carros utilitários não são econômicos, por ter uma massa maior, gastam muito nas primeiras marchas e em altas velocidades, o arrasto é enorme.

3 – A hidroginástica é uma atividade física de baixo impacto e que tem como princípio básico vencer a Força de Arrasto que a água produz ao movimentarmos nossos corpos.  Alguns nadadores principiantes no nado crawl batem as pernas fora d’água, acabam dessa forma tendo uma velocidade menor (batendo muito a perna sem sair do lugar) e gastando muita energia.

 

4 – No mergulho a velocidade do atleta diminui rapidamente ao entrar na água, devemos levar em consideração além do Empuxo, a Força de Arrasto gerada pela a água, a diferença entre o arrasto gerado pela água em relação ao ar deve-se a densidade da água que é muito maior que a do ar.

5 – No esqui na neve, a componente da força peso (Psenθ) se equilibra com a força de arrasto quando o atleta atinge a velocidade limite.

Bons Proveito!!!

Lista resolvida sobre Física Temática

Olá pessoal,

Estamos nas últimas semanas que antecedem o Enem. Segue uma lista de revisão, com solução, sobre Física Temática!

Lista de Exercícios - Física Temática - André Brito

Bons estudos e até a próxima!!!

Temas de Física e as Competências Básicas - Enem 2012

Em relação às questões de física cobradas nas provas, o MEC (Ministério da Educação) tem por objetivo identificar algumas competências básicas dos alunos. São elas:

1 - Compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade.

2 -  Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos.

3 - Associar intervenções que resultam em degradação ou conservação ambiental a processos produtivos e sociais e a instrumentos ou ações científico-tecnológicas.

4 - Compreender interações entre organismos e ambiente, em particular aquelas relacionadas à saúde humana, relacionando conhecimentos científicos, aspectos culturais e características individuais.

5 - Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicá-los em diferentes contextos.

6 - Apropriar-se de conhecimentos da física, da química e da biologia para, em situações-problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

Relacionei essas competências com alguns temas da Física!!!

Nota: A lista está em desenvolvimento!

Mecânica

2 - Leis de Newton: Air Bag – Freios ABS – Sistema de propulsão de foguetes

2 - Empuxo – Flutuação de Navios, Balonismo, Densímetro para verificar a qualidade dos combustíveis.

3 – Energia: Parques Eólicos

1 –  Princípio de Pascal: Armaduras dos Soldados e Robótica.

3 -  Engrenagens: Bicicletas como meio de transporte.

1 – Energia: Paraolimpíadas.

3 – Cinemática: Paraquedas.

4 – Fluidos: Pressurização de Aviões.

Fenômenos Elétricos e Magnéticos

2 - Resistores - Chuveiros Elétricos.

2 - Potencial Elétrico: Blindagem Eletrostática

2 - Magnetismo: Bússola, Ciclotron.

3 – Energia: Hidroelétricas.

3 – Carros Elétricos

Oscilações, ondas, óptica e radiação

2 - Ondas: Aparelho Doméstico: micro-ondas.

2 - Refração: Lentes: Lupa, Olho Humano, Máquina Fotográfica.

2 - Radiação: Datação por Isótopos Radioativos,

http://ciencia.hsw.uol.com.br/carbono-14.htm

3 - Efeitos da Radiação, Prós e Contras da Energia Nuclear.

http://carros.hsw.uol.com.br/carro-movido-a-energia-nuclear1.htm

1 – Reflexão Total: Cabos de Fibra Óptica e a Internet

http://www.tecmundo.com.br/infografico/9862-como-funciona-a-fibra-otica-infografico-.htm

4 – Ondas de Calor e as Cobras.

4 – Óptica: Correção da Miopia e Hipermetropia.

http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-e-a-cirurgia-de-correcao-da-miopia

O calor e os fenômenos térmicos

2 - Propagação do Calor: Garrafa Térmica, Agasalhos.

2 – Mudanças de Fase: Panela de Pressão.

2 - Leis da Termodinâmica: Evolução Temporal dos Fenômenos Naturais.

1 – Termodinâmica: Motores a Explosão, Poder Calorífico dos Combustíveis, Rendimento.

http://educacao.uol.com.br/quimica/quimica-do-automovel-1-combustao-da-gasolina-e-do-alcool.jhtm

3 – Efeito Estufa.

http://ambientes.ambientebrasil.com.br/mudancas_climaticas/artigos/efeito_estufa.html

http://mundoestranho.abril.com.br/materia/qual-outro-fim-podemos-dar-ao-gas-carbonico

Bons estudos!

Revista Enem

Site com várias dicas e vídeos sobre Ciências da Natureza, Matemática, Ciências Humanas e Linguagens e Códigos.

Bons estudos!

Física Aplicada - Princípio das Alavancas

Estática do Corpo Extenso - Alavancas

Uma barra rígida, que pode ser reta ou curva, móvel em torno de um de seus pontos chamado fulcro ou ponto de apoio (A).

O ganho mecânico proporcionado pelas ferramentas deve-se a uma grandeza física definida como TORQUE.

T = F x d

Onde d é o braço de alavanca, distância entre a linha de ação da força e o eixo de rotação adotado e F representa o módulo da força.

Notas:

1-O Torque é também chamado de MOMENTO, deve-se, entretanto, evitar esse último termo, já que existem outras grandezas físicas que usam essa denominação. Exemplos: Momento Linear, Momento Angular, Momento de Inércia.

2- O Torque é uma grandeza vetorial, no entanto, iremos dar mais atenção a sua aplicabilidade no dia a dia, não mencionando maiores detalhes.

3-A unidade de Torque no Sistema Internacional é N.m

Equilíbrio de Corpos Extensos

Para que um corpo rígido esteja em equilíbrio, além de não se mover aceleradamente, este corpo não pode girar. Por isso precisa satisfazer duas condições:

1.A resultante das Forças deve ter módulo zero. (Equilíbrio Translacional)

2.A resultante dos Torques aplicadas ao corpo deve ser nula. (Equilíbrio Rotacional)

Exemplo:

Imagine dois blocos de massas diferentes sobre uma barra, a mesma encontra-se apoiada. Para que a barra esteja em equilíbrio, deveremos ter:

  

1)     Fres = O

P₁ + P₂ = R_a, onde P₁, representa o peso do bloco 1, P₂, representa o peso do bloco 2 e R_a, a reação do apoio.

2)     Tres = 0

Importante:

Uma vez adotado o eixo de rotação, concentre-se no efeito do torque de cada força. O torque de P₁ produziria uma rotação no sentido anti-horário, já o torque de P₂, produziria uma rotação no sentido horário. Para que não haja rotação, conclui-se:

P₁ . d₁ = P₂ . d₂

onde d₁, representa o braço de alavanca da força P₁ e d₂ representa o braço de alavanca da força P₂.

Nota:

1-Deve-se perceber que P₁ e P₂ não atuam na barra, no entanto, são iguais em módulo a força normal, ou seja, a expressão mais correta seria:

N₁ . d₁ = N₂ . d₂

2 – O torque gerado pela Ra é zero, já que a distância entre a linha de ação dessa força e o eixo de rotação adotado é zero.

Exemplos de Alavancas

PORTAS

Podemos ver uma aplicação desse conceito na analise do movimento de rotação de uma porta. Se fizermos uma força F₁ na porta (veja figura) ela tende a girar no sentido dessa força. O braço dessa força é a distância b₁. O TORQUE dessa força, t₁, é F₁ x b₁. Se outra pessoa fIzer uma força F₂ no sentido oposto, com um braço b₂, o TORQUE dessa força, T₂, é F₂ x b₂. Se T₁ = T₂, a porta não irá girar, ou seja, dizemos que ela ficará em equilíbrio.

 Calcule

Se na figura anterior F₁ é igual a 40 N e b₁ é igual 20 cm, que valor deverá ter F₂, para a porta não girar? Considere a largura da porta, b₂, igual a 80 cm. 

 MARTELO

O martelo é uma alavanca, onde o funcionamento é de simples visualização:

A força aplicada pela pessoa é F₁, produz um torque dado pela expressão: F₁.d₁, a força aplicada pelo prego sobre o martelo é F₂, produzindo um torque dado pela expressão: F₂.d₂,

Como o torque resultante deve ser zero; teremos:

F₁ . d₁ = F₂ . d₂

Sendo d₁ › d₂, teremos: F₁ ‹ F₂, ou seja, o operador retira o prego com certa facilidade.

Note que se a intensidade de F₂ é grande, a reação de F₂ – martelo puxando o prego – também será grande.

CARRINHO DE MÃO

O carrinho de mão é mais um exemplo de alavanca.

A força aplicada pela pessoa é F₁, produz um torque dado pela expressão: F₁.d₁, esse torque tende a fazer o carrinho girar no sentido horário, o peso da carga é P, produzindo um torque dado pela expressão: P.d₂,

Como o torque resultante deve ser zero; teremos:

F₁ . d₁ = P₂ . d₂

Sendo d₁ › d₂, teremos: F₁ ‹ P₂, ou seja, o pedreiro transporta a carga sem tanto esforço. 

Judô

Veja na figura abaixo, a força peso do atleta que está sendo golpeado, não produz torque, já que o braço de alavanca dessa força, passa pelo centro de massa do outro atleta, dessa forma, a força F será suficiente para produzir a rotação. No segundo caso, o golpe não está bem encaixado, a força peso gera uma alavanca, dificultando bastante a execução do golpe.

Link interessante: http://www.judoclubesolnascente.com.br/a_fisica_do_judo.pdf

JIU JITSU

Observe o belo arm-lock aplicado por Royce Gracie em uma de suas lendárias lutas no UFC. Neste caso o ponto de apoio é o cotovelo do oponente. Para  se defender, ele usará basicamente a musculatura do bíceps e antebraço, que por sua vez se encontram próximas ao ponto de apoio (no caso o cotovelo). Royce por sua vez, coloca seu quadril sobre o cotovelo e aplica sua força em dois pontos distantes deste ponto de apoio: o ombro e o punho do adversário. Isso cria uma força enorme, que se torna impossível de se contrabalancear, forçando o advesário a desistir para não sofrer uma lesão na articulação.

   Neste caso específico, além da alavanca o que ajuda o lutador de jiu-jitsu é o uso de uma grande gama muscular no golpe. A musculatura da coxa, lombar, abdominal e dorsal são utilizadas contra basicamente a musculatura do bíceps do oponente. É finalização certa.

   Este é só um exemplo dos vários golpes, imobilizações, raspagens e finalizações que empregam este princípio no jiu-jitsu.

FONTE: http://www.sardinhajiujitsu.com.br/profiles/blogs/o-que-e-o-principio-da

Física Aplicada as Máquinas de Tortura, em 2 min 30 s um exemplo triste do princípio das alavancas.

Espero que tenham gostado!!! Abraços!!!