Quanto Maior For A Velocidade De Um Objeto Maior Ser A Resistncia Do Ar?
Em nossos estudos de Física vimos que em se tratando de vácuo, todos os objetos largados da mesma altura e ao mesmo tempo possuem a mesma velocidade de queda e chegam juntos ao solo independentemente das massas dos objetos, de seus formatos ou de sua composição. A figura acima nos mostra dois objetos (corpos) de massas diferentes soltos de uma mesma altura e caindo no vácuo.
Há uma fórmula que resume todas as características que discutimos até aqui e que expressa o valor da força de resistência no ar e outros fluidos para a maioria das situações:
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Considere uma pequena bola de metal caindo livremente no ar. A bola tem massa de 0.1 kg e diâmetro de 0.05 metros. A densidade do ar é 1.2 kg/m³. Calcule a resistência do ar agindo sobre a bola quando sua velocidade é 10 m/s.
O coeficiente de arrasto (C_d) é um parâmetro essencial no cálculo da resistência do ar. Representa a forma e as características da superfície do objeto. Determinar experimentalmente o coeficiente de arrasto pode ser uma tarefa complexa, envolvendo testes em túnel de vento e análise de dados. No entanto, certos objetos possuem coeficientes de arrasto bem documentados, que podem ser usados em cálculos.
Programação
No início a gravidade ganha, a velocidade de queda aumenta (aceleração positiva) e, com isso, aumenta também a resistência imposta pelo ar. Quando as duas forças tiverem valores iguais, elas se equilibram e a velocidade de queda estabiliza — é a primeira velocidade limite, Vlim1.
Uma bola é lançada com velocidade inicial de 15 m/s em um ângulo de 30 graus acima da horizontal. A massa da bola é 0.2 kg e a densidade do ar é 1.25 kg/m³. Calcule a resistência do ar atuando sobre a bola durante seu voo.
Problemas numéricos sobre como calcular a resistência do ar
A velocidade relativa entre o fluido e o corpo também influi. Quanto maior for a velocidade do carro, maior é a força de resistência que ele sofre. Se um passageiro colocar o braço para fora. sente um pequeno vento na mão quando a velocidade é baixa. Mas quando ela é alta, o vento empurra fortemente sua mão para trás. Essa é a força de resistência do ar, que aumenta com a velocidade.
Um carro viaja com velocidade constante de 30 m/s. A área da seção transversal do carro é 2.5 m^2 e o coeficiente de arrasto é 0.3. Calcule a resistência do ar agindo sobre o carro.
Um estudante está conduzindo um experimento para determinar a resistência do ar de diferentes formas. Eles deixam cair um cubo, uma esfera e um disco plano da mesma altura e medem o tempo que cada objeto leva para atingir o solo. A massa do cubo é 0.2 kg, a massa da esfera é 0.3 kg e a massa do disco é 0.15 kg. A altura da queda é de 5 metros e a densidade do ar é de 1.2 kg/m³. Calcule a resistência do ar para cada objeto usando o tempo medido e a equação da resistência do ar.
O pára-quedista prepara-se. Tudo em ordem. Pular…
Portanto, a resistência do ar para o cubo é de aproximadamente 0.024 Newtons, para a esfera é de aproximadamente 0.022 Newtons e para o disco é de aproximadamente 0.081 Newtons.
Para determinar a área, devemos verificar qual é o lado do objeto que está voltado para o movimento, e a partir daí descobrir em que ponto essa área é maior. Veja a ilustração a seguir, por exemplo, onde mostramos a área de um automóvel voltada para o movimento.
Exemplos resolvidos
- a velocidade do corpo aumenta e a força de resistência do ar também aumenta, porém a intensidade da força peso permanece a mesma, ou seja, permanece constante.
A velocidade de queda também aumenta até atingir um valor limite. Sabe-se que um paraquedista em queda livre atinge uma velocidade máxima em torno 200 km/h. Porém, sem a força de resistência do ar eles atingiriam velocidades muito maiores: saltando de uma altura de 1000 metros chegariam ao chão com uma velocidade de 508 km/h.
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Dentre outros fatores, a força de resistência do ar depende da velocidade do corpo em relação ao meio em que ele está inserido. Dessa forma, para um corpo abandonado em queda livre no ar, observamos que:
Porém a força de resistência não depende apenas do formato do objeto. Vários outros fatores influem. Um deles é a área do objeto voltada para o movimento. Ela está relacionada ao tamanho do objeto: um pára-quedas grande por exemplo, sofrerá uma resistência maior do que um pequeno. Um guarda-chuva, se usado como pára-quedas tem um efeito desastroso, porque sua área é muito pequena e a força de resistência será insuficiente para diminuir a velocidade de queda de uma pessoa até um valor seguro.
Um ciclista anda com velocidade de 20 m/s. A área da seção transversal do ciclista é 0.5 m ^ 2 e a resistência do ar que atua sobre o ciclista é 400 N. Encontre o coeficiente de arrasto.
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Nesse caso (queda no vácuo), a única força que atua sobre cada um dos corpos é a força peso e, por ser a única, ela passa a ser a força resultante do sistema. Dessa forma, para cada corpo, a aceleração de queda é dada por:
Nesse momento ele puxa a cordinha que solta o pára-quedas. Puff. Abriu. As dimensões e formas do sistema mudam notavelmente. A área de ataque contra o ar aumenta muito, a resistência do ar aumenta tanto (ganhando da força da gravidade) que o pára-quedista leva um tranco. A força de resistência do ar sendo maior que aquela devido à gravidade, o sistema desacelera (aceleração negativa) e vai perdendo velocidade. Mas, como a velocidade diminui, a resistência do ar também vai diminuindo progressivamente, até novamente igualar seu valor com aquele da gravidade. Nessa situação, novamente a velocidade de queda estabiliza — é a segunda velocidade limite, Vlim2.
O mesmo vale para locais onde a temperatura é menor: o ar se torna mais denso dificultando mais o movimento através dele. Para o caso do ar na superfície da Terra, essas variações não são tão grandes quanto os outros fatores envolvidos na resistência do ar. Em outros casos no entanto, a densidade do fluido irá desempenhar um papel fundamental.
Quanto maior o peso maior a velocidade?
Ao aplicar uma força sobre um objeto, imprimimos sobre ele uma aceleração que será dependente de sua massa. Podemos ver a partir da figura que, ao aplicar uma força de 2N sobre um objeto, ele adquirirá uma aceleração maior quando a massa for 0,5 kg e uma aceleração menor quando a massa for 4 kg.
Quanto maior o peso mais alto a inércia?
Podemos entender que, quanto maior a massa de um corpo, maior é sua inércia e mais difícil é para colocar esse objeto em movimento ou pará-lo.
Quanto maior a massa menor a velocidade?
À medida que aumenta a velocidade, a massa do corpo, definida pelas suas propriedades inerciais, aumenta. ... As leis da mecânica de Newton podem ser consideradas um caso particular da mecânica relativista, sendo verdadeiras quando a velocidade do movimento do corpo é muito menor do que a velocidade da luz.
Quanto maior a velocidade maior é a força?
A experiência diária mostra-nos que, quanto maior for o intervalo de tempo da aplicação de uma força sobre um objeto, maior será o efeito produzido em relação à velocidade do corpo.
O que é velocidade de força?
Força-velocidade (força-explosiva): é a capacidade de proporcionar o máximo impulso de força possível, frente a uma resistência durante um tempo estabelecido, ou seja, uma força efetuada no menor tempo possível, causada pela velocidade de contração da musculatura.
Quanto maior for a massa de um corpo?
Todos os corpos na superfície da Terra sofrem a aceleração g, então, quanto maior for a massa de um corpo, maior será será o seu peso. Isso está em perfeito acordo com o conhecimento popular, quanto mais massivo, mais pesado.
O que representa a resultante das forças aplicadas em um corpo?
A força resultante (Fr) de um sistema de forças consiste no efeito produzido por uma força única capaz de produzir um efeito equivalente ao das várias forças aplicadas ao corpo. A força resultante de um sistema de duas ou mais forças pode determinar-se graficamente pela adição dos vetores força (adição vetorial).
O que é resultante de forças Cite um exemplo?
Força Resultante é o resultado das forças aplicadas sobre um corpo. Exemplo: Se duas pessoas empurram uma geladeira, na mesma direção e sentido, uma aplicando F=50N e a outra F=20N, qual será a resultante?
Como achar o ângulo de uma força resultante?
Para todos os demais ângulos formados entre duas Forças, inclusive 90o, a Resultante será obtida pela lei dos cossenos para Resultantes e o sentido será dado pela regra do paralelogramo ou da poligonal como mostrada no caso anterior.
Qual é o módulo da força resultante?
O módulo da força resultante é calculado pela seguinte expressão: F_R = m_\cdot aF_R = m_\cdot a assim, é necessário calcular, em primeiro lugar, a aceleração do carro.