No experimento do tubo com óleo, vocês observam algum momento em que a velocidade da esfera se estabiliza? Se sim, o que isso indica sobre as forças atuantes no sistema?
Passo 1
Vamos lá! O exercício fala sobre um experimento com um tubo cheio de óleo e uma esfera que é deixada cair nele. A pergunta é se, em algum momento, a velocidade da esfera para de mudar e se isso acontece, o que isso nos diz sobre as forças que estão atuando nesse sistema. Para resolver isso, vamos precisar entender sobre forças como a da gravidade e a resistência do óleo, além do conceito de velocidade terminal.
Passo 2
Primeiro, vamos pensar na esfera sendo soltada no óleo. No começo, ela acelera para baixo porque a força da gravidade está puxando ela. A força da gravidade pode ser calculada por
, onde
é a massa da esfera e
é a aceleração da gravidade.
Passo 3
À medida que a esfera acelera, o óleo oferece uma resistência ao movimento, chamada força de arrasto ou resistência viscosa. Essa força depende da velocidade da esfera e pode ser expressa por
, onde
é uma constante que depende das propriedades do óleo e
é a velocidade da esfera.
Passo 4
Com o aumento da velocidade, a força de arrasto
também aumenta. Chega um ponto em que a força de arrasto iguala exatamente a força da gravidade (
). Quando isso acontece, a esfera não acelera mais porque as forças estão balanceadas.
Passo 5
Nesse estado de equilíbrio, a velocidade da esfera para de aumentar e se estabiliza. Essa velocidade constante é chamada de velocidade terminal.
Resposta
Sim, a velocidade da esfera se estabiliza, indicando que as forças de gravidade e a resistência do óleo estão equilibradas no sistema.