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Segurança No Trânsito

ANALISANDO FORÇAS EM UM PASSEIO DE BICICLETA

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Imagine que você está em movimento, numa bicicleta...

Se você parar de exercer forças sobre ela, isto é, parar de pedalar, a sua velocidade irá diminuir até se anular. Isso acontece porque assim que a bicicleta começa a se mover, surgem forças que se opõem ao movimento da bicicleta. São forças de atrito entre os eixos e as rodas, entre os pneus e o solo, forças de deformação dos pneus, e, ainda, a resistência que o ar oferece ao movimento da bicicleta.

Chamamos de Força Motora a força necessária para por e manter uma bicicleta em movimento. Enquanto você pedala ao longo de uma estrada o esforço empregado em pedalar é trasnmitido à roda traseira da bicicleta por meio da corrente. Então, a roda traseira empurra a superfície da estrada para trás. Como a superfície da estrada não se move, a bicicleta se moverá para frente. É isto que denominamos de força motora. Caso a bicicleta fosse colocada sobre rodas de patins, que não oferecem resistência, a bicicleta não conseguiria mover-se para frente. A força motora depende da vontade e da capacidade física do ciclista e as forças resistentes dependem da superfície sobre a qual a bicicleta se desloca (areia, asfalto), da deformação dos pneus, bem como da resistência do ar que varia de acordo com a velocidade da bicicleta. Caso haja vento, a força exercida pelo ar poderá ser motora ou resistente, dependendo de estar contribuindo ou opondo-se ao movimento da bicicleta. .

As forças horizontais que atuam na bicicleta podem ser representadas por meio de setas. A direção e o sentido da seta indicam a direção e sentido da força que ela representa. O comprimento da seta está relacionado ao valor da força.

SITUAÇÃO 1 : A VELOCIDADE DO CICLISTA É CONSTANTE

O diagrama ao lado mostra um ciclista passeando, com velocidade constante, ao longo de uma estrada plana. Para que isso aconteça, a força dirigida para frente, ou força motora fornecida pelo ciclista, deve ser igual à soma das forças de atrito nos eixos e engrenagens, entre o pneu e o solo e a resistência do ar), ou seja, a força resistente total. Assim, a força resultante sobre a bicicleta é nula e sua velocidade constante.

Velocidade constante
Força motora = Força resistente

O gráfico velocidade x tempo para este movimento é sempre uma reta paralela ao eixo do tempo, conforme a figura ao lado.

 

 

SITUAÇÃO 2: A VELOCIDADE DO CICLISTA AUMENTA

Quando o ciclista quer mover-se mais depressa, ele precisa fazer um esforço maior, tornando a força motora maior do que a força resistente total. A força resultante para frente deverá ser no mesmo sentido do movimento.
Movimento acelerado
Força Motora > Força resistente

Observe que nesse caso, o tamanho das setas foi modificado em relação ao anterior para mostrar o que ocorre.

 

Uma força resultante na mesma direção e no mesmo sentido do movimento causa aumentos na velocidade, à medida que o tempo vai passando. A bicicleta terá uma aceleração de mesmo sentido da velocidade e seu movimento será acelerado.

Sendo a força resultante constante, a velocidade da bicicleta começa a aumentar em taxas constantes. A aceleração da bicicleta é constante e o gráfico da Velocidade X tempo tem a seguinte forma representada na figura ao lado.

Neste gráfico, to é o instante em que a força motora passa a ser maior que a força resistente. Desse instante em diante, a força motora permanece constante.

 

SITUAÇÃO 3: A VELOCIDADE DO CICLISTA DIMINUI

Caso o ciclista, que se move com velocidade constante, começe a pedalar com menos intensidade, a força motora poderá ser menor que a do diagrama da Situação1. No entanto, a força resistente permanecerá praticamente inalterada. Assim, a força resultante terá sentido contrário ao do movimento, neste caso, para trás.

Movimento retardado
Força motora < Força resistente

Uma força resultante de mesma direção, mas de sentido oposto ao do movimento, resulta em diminuição na velocidade. A bicicleta terá uma aceleração de sentido contrário ao da sua velocidade e o movimento da bicicleta é retardado.

Sendo a força resultante constante, porém contrária ao movimento, a velocidade da bicicleta irá diminuir em taxas constantes. A aceleração da bicicleta é constante e o gráfico velocidade X tempo tem a forma representada na figura ao lado.

A partir do instante to, a força motora é constante e menor que a força resistente.

SITUAÇÃO 4: O CICLISTA PÁRA, DE REPENTE

Se o ciclista deseja parar rapidamente ele aciona os freios e deixa de pedalar. Fazendo assim, a força resistente aumenta muito, e a força resultante sobre a bicicleta terá sentido contrário ao da velocidade. A aceleração da bicicleta é contrária à sua velocidade, como no caso anterior, porém muito mais intensa, pois a força motora deixa de existir. A velocidade da bicicleta cai rapidamente até anular-se.

Movimento retardado
Força motora nula e Força resistente grande

Se a força resistente for constante, a aceleração da bicicleta também será constante e a forma do gráfico velocidade x tempo é dada pela figura ao lado.

 

A partir de t0, a força resistente permanece constante e contrária à velocidade. A força motora também permanece constante.

EXERCÍCIOS:

1- Para as situações apresentadas a seguir, complete o raciocínio respondendo às questões:

O ATRITO AUMENTA DURANTE O PASSEIO: após ter atingido uma certa velocidade, suponha agora que o ciclista sai da estrada asfaltada passando a percorrer uma trilha coberta de grama. Conseqüentemente, o atrito entre as rodas e o solo aumentará. Se o ciclista continua pedalando no mesmo ritmo, a força resultante agora está dirigida contra a velocidade da bicicleta. Assim, a velocidade do ciclista diminuirá.

 


Movimento retardado
Força motora < Força resistente

1.1- Na figura, acrescente setas e legendas adequadas ao diagrama do ciclista para a situação proposta.

1.2- COMPENSANDO A VARIAÇÃO DO ATRITO:

suponha que nessa situação o ciclista deseje permanecer se movimentando na grama com a mesma velocidade que desenvolvia na estrada.

a) Escreva um parágrafo explicando o que o ciclista pode fazer para manter a sua velocidade constante e quais são as forças atuantes quando ele entra na estrada de grama.

b) Na figura acima, acrescente setas e legendas adequadas ao diagrama do ciclista para a situação proposta.

c) Para este caso, complete o quadro abaixo classificando o movimento e comparando a intensidade das forças.

Movimento ___________________
Força motora ___Força resistente

d) Em um único gráfico velocidade x tempo, represente o movimento do ciclista descrito nas situações 5 e 6.

1.3- PEDALANDO CONTRA A FORÇA DE GRAVIDADE: imagine agora que o ciclista desenvolve uma velocidade constante em uma estrada plana. Encontrando uma subida, ele deseja continuar movendo-se com a mesma velocidade anterior.

a) Escreva um parágrafo explicando o que o ciclista deve fazer para manter a velocidade constante e quais são as forças que passam a atuar na bicicleta na nova situação.

b) Acrescente setas e legendas adequadas ao diagrama.

c) Para este caso, complete o quadro abaixo classificando o movimento e comparando a intensidade das forças.

Movimento ___________________
Força motora ___Força resistente

 

 

1.4- LEVANDO ALGUÉM NA GARUPA: depois da subida, o ciclista depois da subida, o ciclista chega a uma estrada plana, onde encontra um amigo que lhe pede uma carona.

a) Explique o que o ciclista precisará fazer para continuar com a mesma velocidade que tinha antes de colocar o amigo na garupa.

b) Represente as forças que atuam sobre a bicicleta na nova situação.

c) Para este caso, complete o quadro abaixo classificando o movimento e comparando a intensidade das forças:

Movimento ___________________
Força motora ___Força resistente

2- João saiu de bicicleta e descreveu seu passeio através de um gráfico velocidade X tempo, conforme mostra a figura.


GRÁFICO VELOCIDADE X TEMPO

2.1- Descreva com palavras como variou a velocidade de João nos seguintes trechos do percurso: de 0 a 6 min, de 6 a 14 min, de 14 a 16 min, de 16 a 20 min, de 20 a 24 min, e de 24 a 26 minutos.

2.2- Observando o gráfico, o que podemos dizer sobre a relação entre a força motora e a força resistente para cada um dos trechos considerados no item 2.1?

3- Suponha que quando você começa a andar em sua bicicleta, partindo do repouso, sua aceleração é de 1,5 m/s2. Sua massa, somada à massa da bicicleta, é de 80kg. Qual o valor da força resultante necessária para lhe imprimir essa aceleração?

4- Uma ciclista e sua bicicleta têm massa total de 70 kg. Partindo do repouso, o ciclista consegue exercer, para a frente, uma força de 160 N sobre a bicicleta. A força de atrito sobre a bicicleta é igual a 20 N.

4.1- Quanto vale a força total (resultante) que atua sobre a bicicleta ?

4.2- Qual será a aceleração da ciclista ?