(b) Em que princípio da física se baseia o funcionamento de uma montanha russa?
Passo 1
Aqui temos uma pergunta sobre qual princípio da física está por trás do funcionamento de uma montanha-russa. Vamos usar os conceitos de energia potencial e energia cinética, além do princípio de conservação da energia, para entender como tudo funciona.
Passo 2
Primeiro, é importante entender que uma montanha-russa funciona principalmente através da troca entre energia potencial gravitacional e energia cinética. A energia potencial depende da altura da montanha-russa, enquanto a energia cinética depende da velocidade do carrinho.
Passo 3
Quando o carrinho da montanha-russa é puxado para o topo da primeira colina, ele ganha energia potencial gravitacional, que é calculada pela fórmula:
onde:
-
é a massa do carrinho, -
é a aceleração devido à gravidade, -
é a altura.
Passo 4
Ao descer a colina, a energia potencial é convertida em energia cinética, que é dada por:
onde:
-
é a velocidade do carrinho.
Passo 5
O princípio de conservação da energia nos diz que, na ausência de atritos e outras perdas, a energia total (soma de energia potencial e cinética) se mantém constante durante o movimento do carrinho na montanha-russa.
Passo 6
Na prática, alguns fatores como atrito e resistência do ar reduzem um pouco a conservação perfeita da energia, mas o princípio principal ainda explica bem o funcionamento geral da montanha-russa.
Resposta
O funcionamento de uma montanha-russa se baseia no princípio da conservação da energia, utilizando a troca entre energia potencial gravitacional e energia cinética.