Enunciado
Física - Frank White - Mecânica dos Fluidos- Ed: 6º - Capítulo 1.Problemas Abrangentes - Ex. 2
Quando uma pessoa patina no gelo, a superfície do gelo na realidade derrete sob as lâminas, de modo que a pessoa desliza sobre uma fina camada de água entre a lâmina e o gelo.
- Encontre uma expressão para a força de atrito total sob a lâmina em função da velocidade V da patinadora, do comprimento L da lâmina, da espessura da camada de água (entre a lâmina e o gelo) h, da viscosidade da água e da largura W da lâmina.
- Suponha que uma patinadora de massa total m esteja patinando a uma velocidade constante quando subitamente fica em posição reta com os patins apontados diretamente para a frente, permitindo que ela deslize até parar. Desprezando-se o atrito devido à resistência do ar, qual é a distância que a patinadora ainda vai percorrer até a parada total? (Lembre-se de que ela está deslizando sobre duas lâminas de patins). Dê sua resposta para a distância total percorrida, x, em função de , m, L, h, e W.
- Encontre x para o caso em que , Você acredita que nossa hipótese de resistência do ar desprezível seja uma boa hipótese?
Passo 1
Simbora pra mais uma!
Em (a), queremos uma expressão para a força de atrito total em função da velocidade da patinadora, do comprimento da lâmina, da espessura da camada de água, da viscosidade da água e da largura W, ou seja:
Vamos combinas as unidade no SI para encontrar uma expressão que nos forneça um resultado na unidade de força, assim, temos que , logo:
Passo 2
Em (b), queremos saber a distância percorrida, x, até a patinadora parar. Temos ainda que:
Vamos utilizar a segunda lei de Newton para isso, assim:
Como nossa força de atrito é contrária ao movimento, temos:
Vamos separar e integrar, assim:
Adotando e rearranjando a equação:
Integrando novamente para encontrar a função em X, teremos:
Passo 3
Para (c), queremos aplicar , e na expressão encontrada em (b), assim:
Assumir que a resistência do ar é desprezível acaba tornando o valor de x extremamente longo, a patinadora estaria percorrendo mais de 13 km, por isso, a hipótese não foi muito boa.
Resposta
- , hipótese não foi boa.