Enunciado

Durante uma festa, você decide se divertir na roda gigante. Tendo comido exageradamente maçãs e orelhas doces, você acha um tanto desagradável o movimento. Para que sua mente esqueça o estômago, você começa a se indagar acerca do movimento do brinquedo. Então estima que o raio da roda gigante seja de 15   m , e usando o seu relógio de pulso, determina que cada volta é completada em 25   s .

a. Qual é o módulo de sua velocidade e o de sua aceleração?

b. Qual é o valor da razão entre seu peso no topo de cada volta e seu peso quando está em pé no solo?

c. Qual é o valor da razão entre seu peso na parte inferior de cada volta e seu peso em pé no solo?

Passo 1

Olá, tudo bem?

Letra a)

A velocidade linear depende do raio da trajetória e do período. O raio mede 15 m e o período é de 25 s , assim a velocidade é:

v = 2 π r T = 2 π 15 25 = 3,77 m / s

E a aceleração é a aceleração centrípeta e vale:

a = v 2 r = 3,77 2 15 = 0,95 m / s 2

Passo 2

Letra b)

Vamos chamar P de peso quando estamos em pé no solo e w o peso quando estamos no topo (que será igual à força normal). No topo temos a força normal n apontando para cima e a força peso apontando para baixo. A resultante dessas forças é a força centrípeta que aponta para baixo, já que ela sempre aponta para o centro da trajetória. Então da segunda lei temos:

P - n = m v 2 r

P - w = m v 2 r

w = m g - m v r r = m 9,8 - 3,77 2 15 = 8,85 m

E a razão entre w e P é:

w P = 8,85 m 9,8 m = 0,9

Passo 3

Letra c)

Agora quando estamos embaixo, temos as mesmas forças, no entanto, a resultante aponta para cima. Então da segunda lei temos:

n - P = m v 2 r

n = P + m v 2 r = m g + m v 2 r

n = m g + v 2 r = m 9,8 + 3,77 3 15 = 10,75 m = w

E a razão entre w e P será:

w P = 10,75 m 9,8 m = 1,1

Beleza?

Espero ter ajudado!

Vamos pra próxima?

Resposta

a ) 3,77 m / s

0,95 m / s 2

b ) 0,9

c ) 1,1

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