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Forças nos movimentos circulares variados



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Forças nos movimentos circulares variados

Em parques de diversões, há vários brinquedos em que somos postos a girar, com uma velocidade compatível e minimamente desconfortável para nossa estrutura física. Entretanto, é o limite desse desconforto que provoca a emoção. Sentados em cadeiras giratórias, fixos em plataformas girantes ou apoiados em estruturas que realizam rodopios, temos a sensação de que seremos lançados dos brinquedos.

CRÉDITO: Corel Stock Photo

LEGENDA DAS FOTOGRAFIAS: Os movimentos circulares são comuns em brinquedos de parques de diversões.

CRÉDITO: Photodisc/Getty Images

Nessas situações, parece haver uma força que nos empurra para fora da curva que esses brinquedos estão realizando. Essa força, na realidade, não existe. Trata-se apenas de um dos diversos efeitos da inércia, fazendo que sejamos pressionados contra a estrutura interna dos brinquedos, que nos segura, uma vez que nossos corpos tenderiam a permanecer num movimento tangente à curva.

Para o corpo apoiado no encosto da poltrona do brinquedo girante, a força que a faz descrever a curva é orientada na direção interna da curva.

No movimento circular uniforme, a resultante das forças que agem sobre o corpo é orientada para o centro da trajetória, que é uma circunferência. Porém, nos movimentos curvilíneos variados, a força resultante não é orientada para o centro da trajetória. Vejamos um exemplo.

Seja um corpo de massa m que descreve uma circunferência de raio R em movimento não uniforme. Nessas condições, ele está sujeito a duas acelerações:

CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES: Editoria de Arte

Utilizando a 2ª lei de Newton, podemos obter a expressão da força resultante que age sobre o corpo.

FR = Ft + Fcp em módulo FR2 = Ft2 + Fcp2

Observe que a força FR é formada por dois componentes: força tangencial Ft e força centrípeta Fcp.

A força tangencial tem a mesma direção da aceleração vetorial (tangente à trajetória) e é responsável pela variação do módulo do vetor velocidade v, isto é, produz aceleração tangencial.

Ft = mat em módulo Ft = mat

A força centrípeta, como já vimos, é dirigida para o centro e tem como função fazer variar a direção do vetor velocidade, obrigando o corpo a descrever uma trajetória curva.

Fcp = macp em módulo Fcp = mv²/R

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Quando o movimento é acelerado (o módulo da velocidade está aumentando), a força tangencial tem o mesmo sentido da velocidade vetorial. Quando o movimento é retardado, a força tangencial tem o sentido contrário ao da velocidade vetorial.

Boxe complementar:

PENSE E RESPONDA




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