Considere uma bicicleta com os seguintes raios: 17 cm no pedal,
na marcha dianteira,
na marcha traseira e, finalmente, 32 cm na roda traseira. Considere que a bicicleta anda com velocidade constante. Qual é a força que a roda traseira aplica no chão quando o ciclista aplica um torque (quando o pedal está na horizontal) usando apenas o seu peso de 500 N?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos uma bicicleta com diferentes raios nos pedais, marchas e roda traseira. O ciclista está aplicando uma força usando seu peso de 500 N, e queremos descobrir qual é a força que a roda traseira exerce no chão quando a bicicleta está andando em velocidade constante. Para resolver isso, vamos usar conceitos de torque e equilíbrio de forças.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é torque. Torque é uma força que causa rotação. A fórmula para o torque (
) é:
No nosso caso, o ciclista aplica um torque nos pedais da bicicleta.
Passo 3
Vamos calcular o torque aplicado pelo ciclista nos pedais. Sabemos que a força aplicada é o peso do ciclista, que é 500 N, e o raio do pedal é 17 cm (que devemos converter para metros: 0,17 m). Então:
Passo 4
Agora, precisamos considerar a transmissão desse torque das marchas para a roda traseira. Primeiro, vamos calcular a relação de transmissão entre a marcha dianteira e a marcha traseira. A relação é dada pelos raios:
Isso significa que o torque é amplificado por essa relação.
Passo 5
Aplicando a relação de marcha ao torque do pedal:
Passo 6
Agora, vamos relacionar esse torque na marcha com a roda traseira. Sabemos que o torque na roda (
) é igual à força que a roda exerce no chão (
) multiplicada pelo raio da roda traseira. Rearranjando a fórmula do torque:
Onde
Passo 7
Igualando os torques:
Para encontrar
, dividimos ambos os lados por 0,32 m:
Resposta
A força que a roda traseira aplica no chão é aproximadamente 354 N.