curiosidades da mecânica
Quando os conhecimentos de Física fazem diferença na nossa vida

 ano 12  -  n.23  -   jan./jun. 2014 

por Daniel Perdigão

sxc.hu
É possível viciar um dado injetando-lhe chumbo?

É possível “viciar” um dado por meio da injeção de chumbo no lado oposto àquele que se quer favorecer? E desatolar um carro sozinho, apenas com a ajuda de uma corda? Lançar um objeto de um ônibus em movimento: melhor lançá-lo no sentido do movimento ou no sentido oposto? E pular de um ônibus em movimento? Fazer curvas com um veículo: que situações diminuem a pegada do carro no chão e exigem mais cautela? Estas e outras respostas serão dadas neste texto, no qual analisamos, usando princípios elementares da Mecânica, situações cotidianas envolvendo Física.

Técnica para desatolar um veículo
Como retirar um carro de um buraco fazendo menos esforço? A ideia é usar a tensão de uma corda para fazer uma retirada mais eficiente. Uma ponta da corda deve ser atada a algum ponto fixo, como uma árvore à margem da trilha. A outra ponta, claro, deve ser unida ao veículo. A tensão dessa corda deve ser a máxima possível, mas, perceba: a força que atua aí é a tensão da corda, ou seja, não é preciso que o sujeito realize qualquer esforço até aqui.

Depois, deve ser aplicada à corda uma força adicional perpendicular a ela, preferencialmente próximo ao seu ponto médio. A força percebida pelo veículo será maior que a força adicional, porque a esta se soma a tensão da corda. A direção perpendicular fica a critério do usuário: pode ser aplicado um puxão na horizontal, no meio da corda, ou a corda pode ser pisada no meio. Este ganho de esforço, portanto, será tão maior quanto maior for a tensão inicial que se conseguir aplicar à corda.

Dados viciados?
Uma das “técnicas” sugeridas para viciar um dado consistiria em aplicar um metal denso próximo à face oposta àquela que se deseja que fique para cima com mais frequência. Ou seja, deixando-se um dos lados do dado mais “pesado”, favorecer-se-ia que este lado tendesse a se posicionar mais para baixo e, portanto, a face oposta para cima.

Tal “técnica” não funciona. Pelo menos, não na escala de dimensões de um dado e de sua altura típica de lançamento. Ao cair um dado de uma altura não tão expressiva, a resistência do ar não influi na sua velocidade de queda. E, como se sabe pela queda livre no vácuo, em meios que não oferecem resistência significativa à queda, a aceleração de qualquer objeto é igual. Assim, o dado não se orientará no espaço.

Ampliando-se a altura da qual o dado cai não causará alteração nesta situação, uma vez que o dado quicará no solo e retornará a girar aleatoriamente, subindo a uma altura novamente desprezível para a reorientação espacial. Ou seja, esta ação característica de jogadores desonestos não serve para nada.

Saltando em segurança
As portas do ônibus já se abriram, mas o veículo ainda não parou por completo. Saltamos para onde? Saltamos no sentido do movimento, correndo. Esta é a forma mais favorável de fazê-lo. Utilizamos a força de atrito que surge no instante do contato dos pés com o solo, cuja direção é oposta ao movimento, para seguir correndo no sentido do ônibus. Ou seja, minimizamos o efeito do atrito gerado na queda, aproveitando a existência de uma força perigosa, que atua em nossos pés e pode nos derrubar, para usá-la como uma força amigável, do mesmo tipo que usamos para andar. Assim, reduzimos nossa chance de cair ao tocar o solo.

No entanto, isto não significa que o melhor sentido para se lançar uma garrafa de vidro de um ônibus em movimento seja o mesmo. Ao contrário: a chance de a garrafa se quebrar é menor se a lançamos no sentido oposto ao do movimento do ônibus, de forma que a velocidade da garrafa em relação ao solo seja menor que a velocidade do ônibus em relação ao solo.

Ou seja, o objetivo é preparar a garrafa para encontrar o solo com um mínimo de velocidade horizontal (já que a velocidade vertical, da queda, não poderá ser anulada). Para alcançarmos esse objetivo, o melhor é fixar-se em um ponto no solo e jogar a garrafa para trás, visando a alcançar esse ponto, em uma velocidade de mesmo valor numérico que a do ônibus, mas de sentido oposto.

E é por isso que também é possível saltar do ônibus no sentido oposto ao do movimento. No entanto, para isto, é preciso tomar cuidado para que a velocidade do ônibus não seja muito grande. Além disso, a sequência do salto é diferente: neste caso, o mais favorável é fixar os pés no solo assim que tocá-lo, e não sair correndo.

Arrastando uma caixa, dirigindo um carro
Em algumas situações, precisamos arrastar caixas pesadas pelo chão. Havendo a opção de arrastá-la em pé (com uma menor superfície de contato entre a caixa e o solo) ou deitada (com maior contato), a única variável a se pesar é a possibilidade de a caixa travar em algum ponto do solo e acabar virando.

Em relação ao atrito, não há qualquer diferença entre as duas posições, porque a intensidade da força de atrito só depende de duas variáveis: coeficiente de atrito, associado às características dos materiais que se tocam, e uma força denominada normal, que, em uma superfície horizontal, é igual ao peso, se não houver forças adicionais aplicadas ao corpo. Como, no caso estudado, tanto o coeficiente de atrito quanto a força normal são iguais, não há diferença entre o esforço requerido para arrastar a caixa, qualquer que seja a sua posição.

A dependência do atrito apenas quanto aos dois fatores que acabamos de citar faz com que, em situações em que o atrito precisa ser aumentado ou diminuído, somente aspectos relacionados a estes dois fatores sejam alterados. Um exemplo está nos pneus dos automóveis. Nestes, o atrito é bem-vindo, pois dificulta a derrapagem de um carro. Para aumentá-lo, borrachas especiais são desenvolvidas, de forma a aumentar o coeficiente de atrito entre os pneus e o solo. No caso de veículos especiais, como os carros da Fórmula 1, aerofólios promovem um desvio do ar pelo qual passa o carro, fazendo com que o ar empurre o carro para baixo e, pelo princípio de ação e reação, o solo empurre o carro mais intensamente, Esta segunda força é a chamada normal. Aumentada, o atrito também é aumentado.

A força normal também é alterada quando dirigimos um carro por uma pista que não é plana, mas sim convexa (como o pico de um morro) ou côncava (como um vale) na direção do movimento. Quando dirigimos rapidamente em uma pista convexa, parece que o carro “descola” do solo. Sentimo-nos mais “leves”. Já quando passamos velozmente por uma pista côncava, parece que somos pressionados contra o assento, tornando-nos mais “pesados”.

Estes efeitos estão diretamente relacionados com a força normal. Nestas situações, estamos submetidos a duas forças: força peso e força normal. Como a força peso não é uma força de contato, mas sim uma força de ação a distância, por ser devida à atração entre nós e a Terra, nós não somos capazes de senti-la. Já a força normal é, por definição, uma força de contato. Sua variação é sentida de imediato. Ao nos sentirmos mais leves, em uma pista convexa ou em um elevador que está freando a subida ou acelerando a descida, o que verificamos é uma redução da força normal. Ao nos sentirmos mais pesados, nas situações opostas, vivenciamos um aumento da força normal.

Uma consequência da relação entre força de atrito, coeficiente de atrito e força normal é a necessidade de termos uma maior cautela quando dirigimos em situações em que um destes dois fatores é reduzido. Pista molhada ou escorregadia significa menor coeficiente de atrito e, portanto, maior possibilidade de perda de controle do veículo. Quanto à força normal, pode se reduzir quando dirigimos em uma pista convexa. Além de não enxergarmos o que está adiante, pela curvatura da pista, temos reduzida a força normal, o que significa que uma curva nesta situação deve ser feita em velocidade reduzida.


Cultura Secular

Revista de divulgação científica e cultural do grupo de pesquisa “Investigações Transdisciplinares em Educação para a Ciência, Saúde e Ambiente”.

Comissão editorial
Daniel Perdigão Nass
Michelle Zampieri Ipolito
Glauco Lini Perpétuo
Silvana Gaiba de França

Jornalista responsável
Daniel Perdigão Nass (MTb/SP 37654)

Imprenta
Brasília, DF, Brasil

ISSN 2446-4759