Enunciado

Escaladores de montanhas geralmente usam uma corda para descerem pela encosta de um penhasco (essa manobra é denominada rapel). Eles descem pela encosta com o corpo praticamente horizontal e os pés apoiados contra o penhasco (Figura 11.33 ). Suponha que um escalador de 82,0   k g e 1,90   m de altura, com o centro de gravidade localizado a 1,1   m dos pés, desça fazendo rapel por uma encosta vertical com o corpo erguido a 35,0 ° acima do plano horizontal. Ele segura a corda a 1,40   m dos pés, e ela forma um ângulo de 25,0 ° com a face da encosta. a) Qual tensão essa corda deve suportar? b) Ache os componentes horizontal e vertical da força que a face da encosta exerce sobre os pés do escalador. c) Qual é o coeficiente de atrito mínimo para impedir que os pés do escalar escorreguem pela face da encosta, se ele apoiar um

pé de cada vez contra a encosta?

Passo 1

Fala, galera! Beleza? Vamos resolver essa questão!

O enunciado pediu pra gente calcular (a) a tensão que a corda deve suportar, (b) as componentes horizontal e vertical da força que a encosta exerce sobre os pés do escalador e (c) o coeficiente de atrito mínimo para impedir que ele escorregue.

Pra isso, vamos construir um diagrama de corpo livre do nosso sistema e usar a equação do equilíbrio de torques para obter o valor da tensão na corda, que vai ser igual a força peso naquela direção. Depois, vamos usar as equações do equilíbrio de forças, ∑ F x = 0 e ∑ F y = 0 , para obter as componentes da força que a encosta exerce sobre o escalador. E por fim, vamos calcular o coeficiente mínimo de atrito μ s , usando a fórmula:

f s = μ s N

Onde, nesse caso, f s representa a componente vertical da força exercida pela encosta e N a sua componente horizontal.

Vamos lá!

Passo 2

Vamos começar esboçando um diagrama de corpo livre para o alpinista:

Repare que f s e N são as componentes vertical e a horizontal da força exercida pela face do penhasco no alpinista. O braço do momento para a força T é 1,4   m cos ⁡ 10 ° .

a) Então, aplicando ∑ τ = 0 , temos que:

1,4   m cos ⁡ 10 ° - P 1,1 m cos ⁡ 35 ° = 0

Sabendo que P representa a tensão na corda, essa equações nos dá:

T = 1,1 m cos ⁡ 35 ° 1,4   m cos ⁡ 10 ° ⋅ 82 k g ⋅ 9,8 m s 2

T = 525 N

Passo 3

b) Agora fazendo o somatório de forças horizontais no nosso sistema, através da equação de equilíbrio ∑ F x = 0 , temos que:

N = T sen ⁡ 25 °

N = 222 N

Que é a nossa componente horizontal da força exercida pela encosta no alpinista.

Da mesma forma, para as forças verticais, temos ∑ F y = 0 , que nos dá:

f s + T cos ⁡ 25 ° - P = 0

E então, a componente vertical da força da encosta será:

f s = 82 k g ⋅ 9,8 m s 2 - 525 N cos ⁡ 25 °

f s = 328 N  

Passo 4

c) Por fim, para calcularmos o coeficiente de atrito mínimo μ s , vamos ter:

μ s = f s N

Então, substituindo os valores obtidos no passo anterior, temos:

μ s = 328 N 222 N

μ s = 1,48

Para atingir esse grande valor de μ s o alpinista deve usar sapatos especiais de sola áspera.

Valeu, galera! Até a próxima! 😉

Resposta

  1. T = 525 N
  2. f s = 328 N
  3. μ s = 1,48
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