Enunciado
Mecânica e Resistência dos Materiais - Mecânica para Engenharia: Dinâmica Volume 2 - 6ª Edição - James L. Meriam, L. Glenn Kraige- Ed: 6º - Capítulo 2.7 - Ex. 174
Um brinquedo de parque de diversões chamado “saca-rolha” leva os passageiros de cabeça para baixo através da curva de uma hélice cilíndrica horizontal. A velocidade dos carros quando passam pela posição é de , e a componente de sua aceleração, medida ao longo da tangente à trajetória, é neste ponto. O raio efetivo da hélice cilíndrica é de , e o ângulo da hélice é . Calcule o módulo da aceleração dos passageiros quando eles passam pela posição .
Passo 1
Galera, podemos enxergar a aceleração por meio de duas componentes: a aceleração tangencial e a aceleração normal. Como dito pelo enunciado, a aceleração tangencial é:
Passo 2
Agora, note que quando tratamos do movimento numa hélice cilíndrica, como a da figura, a mudança de direção no movimento corresponde a um movimento circular de raio , se olharmos o cilindro de frente.
Porém, essa mudança na direção é devida justamente à aceleração normal. Então, podemos escrever:
Ficamos tentados a substituir , já que essa é a velocidade do carro no ponto . Porém, lembre-se que esse movimento ocorre em três dimensões, e portanto, parte dessa velocidade não está no plano do círculo que estamos analisando. É justamente por haver uma componente de velocidade para “dentro” do cilindro, que a curva do movimento é uma hélice, e não uma circunferência.
Como o ângulo da hélice é , a velocidade no plano do círculo é:
Então a aceleração normal será:
Passo 3
Para calcular o módulo da aceleração, usamos a fórmula: