Trabalho Projeto – Cinemática e dinâmica da partícula a duas dimensões

Indicação de uma zona fora da faixa de rodagem destinada à imobilização de veículos em caso de falha do sistema de travagem, podendo estar associado a este sinal um painel adicional do modelo 1, bem como um painel de informação variável com a indicação "livre" ou "ocupada".

Enquadramento Científico

O conceito de atrito, estudado inicialmente por Leonardo da Vinci e aprofundado por Isaac Newton, revela-se muito importante principalmente no estudo de movimentos.
Da Vinci tinha em sua posse anotações que na altura eram consideradas insignificantes, pois interpretava que a força de atrito existente entre duas superfícies equivalia à prensagem das superfícies em contacto, mas apesar disso consta-se que terão sido a base das suas invenções. Newton completou a teoria sobre o atrito, desenvolvendo as leis pelas quais  estudamos as situações do dia a dia.

         O atrito manifesta-se quando um corpo se move ou tem tendência a mover-se em relação a outro apesar de continuar em repouso, por exemplo, entre dois sólidos em contacto.

μest – Coeficiente de atrito estático μcin – Coeficiente de atrito cinético N – Força Normal (N)

         Existem dois tipos de atrito, o atrito cinético e o atrito estático. A força de atrito estático é a força que se opõe ao início de um movimento, ficando o corpo na iminência de se mover quando a força aplicada é igual a μ_est.N. Já a força de atrito cinético é a força que se opõe ao movimento, movendo-se o corpo com movimento uniforme quando a força aplicada é igual aμ_cin. N. 

Faest – Força de atrito estático (N) Facin – Força de atrito cinético (N)         Por norma Faest > Facin sendo assim é mais dificil pôr um objeto em movimento que esteja inicialmente em repouso do que manter um objeto em movimento estando este já iniciado o seu movimento. y(t) – posição (m) y0 – posição inicial (m) v(t) – velocidade (m/s) v0 – velocidade inicial (m/s) a – aceleração (m/s2) t – instante (s) Fr – Força resultante (N) m – massa (kg)         Nesta experiência apenas consideramos o movimento unidimensional, a força de atrito não é desprezável e consideramos as componente escalares das grandezas consideradas. O referencial escolhido tem a direção e sentido do movimento.            Sabendo a equação das posições e da velocidades, respetivamente, e de acordo com a segunda lei de Newton,  podemos descobrir a aceleração por                            Para descobrir a distância percorrida pelo carrinho é preciso resolver a equação das velocidades em ordem a t e substituir na equação das posições. Assim:         As escapatórias permitem imobilizar um veículo quando, por avaria, não consegue travar, imobilizando em segurança.           Os principais fatores que contribuem para a imobilização do automóvel no contexto de uma escapatória são: a sua inclinação; o atrito; o seu comprimento.          A inclinação da escapatória é importante visto que é graças a esta que o automóvel ganha aceleração com sentido contrário ao do movimento, levando a que o veículo acabe por parar. Porém é importante que a inclinação da escapatória não seja demasiado íngreme pois, caso isto aconteça, o automóvel irá adquirir, logo após ao instante em que para, um movimento acelerado no sentido do oposto. Fa – Força de atrito (N) Px – Componente do peso com direção do movimento (N) Py – Componente do Peso perpendicular à direção do movimento (N) α – ângulo de inclinação da escapatória (grau)         Esta aceleração resulta da componente do peso que apresenta a direção do movimento, Px,  sendo esta tanto maior quanto maior for o ângulo da inclinação da escapatória.             A força de atrito (Fa) também é responsável pela imobilização do automóvel. A força de atrito é calculada pela seguinte fórmula: Fa = μest.N

 onde, por sua vez, |N| = |P_y|, o que resulta em:

                                                                                                                                                           F_a = μ_est.P_y

Assim a força de atrito dependerá do coeficiente de atrito estático do pavimento e da inclinação da escapatória, no entanto esta será tanto maior quanto maior for o μ_est e quanto menor for a inclinação da escapatória.

Para um objeto entrar em movimento a força aplicada tem que ser maior que a força de atrito estático. Assim para que o automóvel não ganhe movimento logo após a sua paragem

μ_est.P_y > P_x  ou seja α < tan^-1(μ_est).

           As escapatórias têm de ter um comprimento necessário para que o automóvel consiga chegar a parar neste mesmo local pois, caso isto não aconteça, poderá causar a morte do condutor e dos respetivos passageiros.

           Pela equação das posiçõesonde é a velocidade com que o automóvel chega ao início da escapatória e, ou seja,e comosubstituindo na equação das posições:

       Concluindo, para que uma escapatória seja segura, é preciso que esta tenha uma inclinação inferior a   tan^-1(μ_est) e um comprimento superior a

                                                                                             Atividade

A experiência que iremos realizar irá mostrar a importância que as escapatórias podem ter nas nossas vidas, pelo que vamos recorrer a três montagens.

Primeiramente iremos mostrar o que aconteceria caso não existissem escapatórias. Assim sendo iremos utilizar um carrinho de brincar e uma rampa de madeira polida. Os resultados previstos são que o carrinho caia e não chegue a parar.

Noutra montagem, iremos colocar uma rampa de areia (com uma inclinação reduzida) no fim da rampa de madeira polida. Espera-se que nesta situação o carrinho chegue a parar.

A última experiência irá consistir em recriar a segunda montagem realizada só que, desta vez, em vez da “escapatória” ser de areia irá ser de madeira polida.

Esperam-se resultados idênticos à da primeira situação. É de salientar que em todas as montagens a rampa, quer seja de madeira polida quer seja de areia, irá  representar uma escapatória. Conclui-se assim que a utilização de uma rampa de material arenoso permite a imobilização do veículo, pelo que as escapatórias são feitas exatamente deste material.

                                                                                        Relação com situações do quotidiano

A prevenção Rodoviária objetiva minimizar os acidentes de viação e proteger a vida das pessoas. Campanhas e outras ações são realizadas todos os anos para que o número de acidentes diminua. A Física não altera comportamentos inadequados de condutores, mas ajuda minimizar consequências que advém da imprudência de alguns. As escapatórias, zona fora da faixa de rodagem, figura 1, e as particularidades que apresentam podem salvar vidas, numa situação em que possa falhar o sistema de travagem.

Figura 1 – Escapatória.

Fonte: https://www.testesdecodigogratis.com/testes/pergunta/g9jgy/

Bibliografia/webgrafia:

Ventura, Graça et all. Novo 12 F – 12º ano Física. Lisboa 2017. Texto Editoras;

https://www.testesdecodigogratis.com/testes/pergunta/g9jgy/ (consultado a 13/01/2019);

http://www.jornalciencia.com/leonardo-da-vinci-teria-descrito-leis-do-atrito-200-anos-antes-delas-serem-estudadas/?fbclid=IwAR0ErO-2xGv3A1BdjhVYwJekLRTOO6ZN8bVtMj0T3ELM_IN-iUKgjLc1uAw (consultado a 01/11/2018);

https://pt.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton (consultado a 01/11/2018).

Trabalho realizado pelos alunos da turma 12ºN2 da ESS:

• André Costa nº1;
• Diogo Torres nº5;
• Jerry Thyssen nº10.