Presentazione Microparticelle

Física 12º ano

mecânica nas restrições do movimento

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Índice

ideias principais

Conceitos de mecânica num Parque de Diversões

Introdução

Conclusão

Cinética e Dinâmica: Movimentos das atrações

Exemplos práticos

Restrição dos movimentos e segurança

Introdução

Compreender os princípios da física por trás das atrações de um parque de diversões é fundamental para garantir segurança, eficiência e diversão.

Conceitos de mecânica num Parque de Diversões

Nos equipamentos de parques de diversões, a mecânica envolve:

Energia Cinética: Energia do movimento, maior quando a atração está mais rápida.

Movimento: Deslocamento ao longo do tempo.

Ec

∆r

Força: Interação que muda o movimento, como gravidade e resistência do ar.

Epg

Energia Potencial: Energia armazenada, como quando uma atração está no ponto mais alto.

Trabalho: Força aplicada para mover um objeto.

Aceleração: Mudança na velocidade, como nas quedas e curvas rápidas.

Cinética e Dinâmica: Movimentos dAS ATRAÇÕES

Fórmulas envolvidas

Aceleração e Forças

Movimento Circular

Para entender o movimento, é importante relacionar algumas fórmulas que descrevem o comportamento do objeto em movimento ao longo de uma trajetória circular

Durante o movimento das atrações, a aceleração e as forças que os passageiros experenciam podem variar bastante, especialmente devido às subidas e quedas que fazem parte do percurso.

Muitas atrações (como a roda-gigante, montanhas-russas e o pendulo giratório) seguem trajetórias circulares ou semi-circulares.

Exemplos práticos

Restrição dos movimentos e segurança

Nos parques de diversões, a restrição dos movimentos é essencial para garantir a proteção dos visitantes. As restrições envolvem o controlo de quem pode participar em determinadas atrações com base em requisitos como altura, idade e saúde, além do uso de dispositivos de segurança, como cintos e barras.

Conclusão

• A Física é essencial nos parques de diversões para garantir diversão com segurança.
• Com as leis de Newton e conceitos de energia, é possível prever movimentos e projetar equipamentos como montanhas-russas, rodas gigantes e pêndulos giratórios, assegurando trajetórias, velocidades e sistemas de segurança adequados.
• Assim, a Física transforma experiências emocionantes em aventuras seguras e bem planeadas.

Fim

luck? I dont need luck to perform I decide when to perform good

• Aceleração centrípeta: ac =

​

• Força Centrípeta: Fc=

​

• Velocidade Tangencial: v=

​

Essas fórmulas descrevem como a velocidade e a aceleração relacionam-se com o movimento de objetos em trajetórias circulares e ajudam a entender como a força centrípeta mantém o objeto em movimento ao longo da curva. ​

A física ajuda a entender como a energia se transforma, como as forças afetam os movimentos e as experiências dos passageiros. Isso permite projetar atrações que sejam emocionantes e seguras. Por exemplo, calcular a velocidade máxima de uma montanha-russa ou o tempo de queda livre de uma atração envolve a aplicação de leis da física, como a conservação de energia e as leis de Newton, garantindo que os equipamentos funcionem de maneira prevista e sem riscos.

Durante o movimento das atrações, a aceleração pode ser positiva (quando o brinquedo desce rapidamente) ou negativa (quando sobe ou desacelera). Isso afeta a sensação dos passageiros.

• Aceleração positiva: Em quedas rápidas, os passageiros sentem um aumento de peso (força G positiva), causando uma sensação de "empurrão" para o assento.
• Aceleração negativa: Nas subidas ou no topo das quedas, os passageiros podem sentir-se mais leves (força G negativa), como se estivessem a flutuar.

Essas variações da aceleração e da força gravítica criam as sensações emocionantes das atrações, fazendo com que os passageiros sintam um aumento e uma diminuição do peso durante o percurso. O controlo dessas forças é fundamental para garantir a segurança das atrações.

Roda Gigante

Realiza um movimento circular uniforme (m.c.u), onde as cabines se movem com velocidade constante ao longo de uma trajetória circular.

• A velocidade angular é constante
• A velocidade linear das cabines é dada por

onde 𝑟 é o raio da roda. Embora a velocidade seja constante, há uma aceleração centrípeta, que puxa as cabines para o centro da roda.

Forças no Topo e na Base

• No topo: O peso age para baixo, enquanto a força normal age para cima. No topo, a força normal é menor porque o peso ajuda a fornecer a força centrípeta.

• Na base: O peso ainda age para baixo, mas a força normal precisa ser maior, já que além de equilibrar o peso, ela também deve fornecer a força centrípeta necessária para manter o movimento circular.

Pendulo giratório

Num pêndulo giratório, o movimento é circular, e o pêndulo experimenta forças centrípetas para manter sua trajetória circular. A Ep é máxima nos extremos do movimento, quando o pêndulo está mais alto, e converte-se em Ec na parte baixa do movimento, onde a velocidade é maior. A sensação de peso aparente varia conforme a posição:

• No topo do movimento, a sensação de peso pode ser reduzida ou até desaparecer, pois a força centrípeta necessária para manter o movimento usa parte do peso.
• Na base, a sensação de peso é maior, já que a força normal precisa equilibrar tanto o peso quanto fornecer a força centrípeta.

Para manter um movimento circular:

• a força centrípeta é necessária para desviar a direção do movimento para o centro da curva.

É responsável por manter os passageiros na trajetória circular, impedindo que se projetem para fora da curva.

• a aceleração centrípeta está diretamente ligada à velocidade tangencial e ao raio da trajetória, controlando a segurança e a experiência na atração.

Na montanha-russa, a velocidade varia dependendo da posição: ela é maior quando a carruagem desce e menor quando sobe. Já numa roda-gigante, a velocidade tangencial é constante, mas a direção do movimento muda continuamente.

Montanha Russa

Na montanha russa o ciclo de conservação de energia envolve a troca entre Ep e Ec: à medida que o carrinho desce, a Ep converte-se em Ec , e ao subir, a Ec converte-se novamente em Ep.Durante um loop, o carrinho experimenta três forças principais:

• Peso: Sempre direcionado para baixo, direção ao centro da Terra.
• Força Normal: A força exercida pela pista, voltada para o centro do loop.
• Força Centrípeta: Necessária para manter o movimento circular, puxando o carrinho para o centro do loop.

No topo do loop, a velocidade mínima necessária para o carrinho se manter na pista é

Se a velocidade for muito baixa, o carrinho pode perder contato com a pista. Já na base, a força normal precisa ser maior para manter o carrinho no movimento circular. A segurança depende da velocidade mínima necessária no topo do loop para garantir que a força centrípeta seja suficiente e o carrinho não perca o contato com a pista.