Estou em pé (usando grampos) sobre um carrossel plano e perfeitamente sem atrito, que está girando no sentido anti-horário com velocidade angular
em torno do eixo vertical. (a) Estou segurando um disco em repouso um pouco acima do chão (do carrossel) e largo-o. Descreva a trajetória do disco visto de cima por um observador que está olhando para baixo a partir de uma torre na vizinhança (presa ao solo) e também visto por mim sobre o carrossel. Para o segundo caso, explique o que vejo em termos das forças centrífugas e de Coriolis.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um carrossel que gira sem atrito com velocidade angular
. Você está segurando um disco parado acima do chão do carrossel e decide soltá-lo. Precisamos descrever como o disco se move, visto de cima por alguém fixo no solo e também como você, que está no carrossel, vê esse movimento. Para resolver isso, vamos usar conceitos de referência inercial e não inercial, além das forças centrífuga e de Coriolis.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é um referencial inercial e não inercial. Um referencial inercial é aquele que não está acelerando, como alguém parado no chão da torre. Já um referencial não inercial está acelerando ou girando, como o carrossel onde você está.
Passo 3
Quando você solta o disco no carrossel, do ponto de vista de alguém fixo no solo (referencial inercial), o disco vai se mover em linha reta com velocidade constante, seguindo a primeira lei de Newton, já que não há forças agindo sobre ele (o carrossel é sem atrito).
Passo 4
Agora, do seu ponto de vista no carrossel (referencial não inercial), você está girando com o carrossel, então vê o disco se movendo de forma diferente. Para explicar isso, precisamos considerar as forças fictícias que surgem nesse referencial: a força centrífuga e a força de Coriolis.
Passo 5
A força centrífuga aparece porque você está em um referencial giratório. Ela atua para fora, afastando o objeto do centro de rotação. Já a força de Coriolis surge quando o objeto se move dentro do referencial giratório, causando uma deflexão na sua trajetória.
Passo 6
Aplicando essas forças, você verá o disco se mover em uma trajetória curva. A força centrífuga faz com que o disco pareça ser empurrado para fora do centro, enquanto a força de Coriolis faz com que sua trajetória seja desviada na direção oposta ao giro do carrossel.
Resposta
Visto de cima por um observador fixo no solo, o disco se move em linha reta, mantendo sua velocidade constante após ser solto. Já de dentro do carrossel, você vê o disco seguir uma trajetória curva para fora do centro devido à força centrífuga e desviar sua trajetória pela força de Coriolis, resultando em um movimento curvo para fora e lateralmente em relação ao centro do carrossel.