Colégio Pedro II – Unidade Centro
Trabalho para a 3ª certificação – 1º ano 2008
Turma 104
Alessandra Soares nº2
Jorge Thadeu Paiva nº17
Luan da Paixão nº21
Natan Oliveira nº27
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Força Centrípeta em dispositivos domésticos
Todos os temas são interessantes, pois é incrível como a física está por trás de tudo e entendê-la é melhor ainda. O meu grupo resolveu optar pelo tema dos dispositivos domésticos. Instrumentos que tornam nossa vida muito mais fácil como a Máquina de Lavar e o Ventilador.
Primeiro, precisamos compreender os conceitos de Física que atuam nesses dispositivos. Segundo a 1ª lei de Newton, todo corpo em repouso ou em movimento retilíneo uniforme continua nesses estados, a menos que seja alterado por forças aplicadas sobre ele. Em nossos dispositivos, encontramos entre as forças, a Força Tangencial e a principal, Força Centrípeta.
A força tangencial é responsável por mudar o módulo da velocidade, como por exemplo, se estamos em um carro, parados no sinal, nossa velocidade é 0km/h, porém quando o sinal abre, aumentamos nossa velocidade para 10km/h, essa mudança foi ocasionada pela força tangencial. A força tangencial produz torque, torque é o momento de uma força que gera uma rotação. A força tangencial, como já diz seu nome, é tangente a trajetória e sua fórmula é dada por:
Ft = m.a
Sendo m=massa, e aceleração = Δv/ Δt
A força centrípeta é responsável por mudar a direção da velocidade, e é a força resultante que puxa o corpo para o centro da trajetória em um movimento curvilíneo ou circular. Sua fórmula é dada por:
Fc = m. (v²/R),
Usamos essa fórmula, se a velocidade for linear
Fc = m. ω².R
Usamos essa fórmula, se a velocidade for angular
A aceleração centrípeta é dada pela razão da velocidade, ao quadrado, em um certo instante da trajetória circular; sobre o raio, ou seja, a distância desse instante até o eixo de rotação ou centro de curvatura.
Compreendemos melhor a partir dessa figura:
Depois de compreendermos as forças e suas fórmulas, vamos aplicá-las em nossos dispositivos domésticos.
Ventilador:
O ventilador, em nossa casa, se encontra parado, para o ligarmos, é preciso de uma força tangencial que muda o módulo da velocidade, que já foi exemplificado no inicio. Essa força, ao agir, estará provocando o momento de uma força(torque). O momento de uma força é calculado por M = F . dl, onde F é a força tangencial(nesse caso) e dl é a distância de um instante qualquer perpendicular ao eixo de rotação da força aplicada no movimento. Temos assim:
Ft = m. Δv/ Δt
M = (m. Δv/ Δt) . dl
Logo, a força tangencial é a responsável pelo ventilador começar a girar, pois ele está em repouso, e após aplicarmos essa força, há a mudança do módulo de sua velocidade. Quando o ventilador atinge sua velocidade máxima e(ou) desejada, a única força que começa a atuar é a Força Centrípeta. A força centrípeta puxa as pás para o eixo de rotação, que está localizado na hélice, e com a rotação delas, há a produção de vento relativo com a velocidade de rotação e inclinação da hélice.
Mas e para desligarmos? Para desligarmos, a partir do momento que mexemos no interruptor, estamos “cortando” a energia do motor, não havendo mais a força centrípeta. Porém, as pás do ventilador começam a sofrer o atrito com o ar, parando assim, lentamente.
Máquina de Lavar
Na máquina de lavar, para a mesma começar a girar, fazer seu trabalho, é preciso de uma força tangencial que muda o módulo da velocidade até então nula, por estar em repouso, para a velocidade desejada. Conseqüentemente, há o momento da força, que produz a rotação. Então temos:
Ft = m. Δv/ Δt
M = (m. Δv/ Δt) . dl
O que ocorreu com o ventilador, ocorre agora, quando a máquina chegar na sua velocidade máxima e(ou) desejada, a única força atuante e nova será a centrípeta, provocando o movimento circular uniforme. A água juntamente com as roupas vai para a parede da máquina por inércia.
Na máquina de lavar, identificaremos a velocidade angular, dada pela fórmula:
ω = ΔΘ/ Δt, onde Θ é a medida do ângulo.
Por ser um movimento circular, sabemos que 360º = 2Π rad, logo, supondo que a máquina dê 20 voltas por segundo, sua velocidade angular seria:
20 . (2Π rad)/1s = 40Π rad/s
Para desligarmos a máquina, desligaremos o motor, tirandos a força, e o atrito com a parede faz a máquina de lavar parar. Esse processo acontece também com microondas, entre outros aparelhos domésticos.
Observações.
●O meu grupo teve muita dificuldade em finalmente aprender que na máquina de lavar, para nós, pessoas que analisamos esse movimento de fora, não há força centrífuga, pois a força centrífuga é uma força que só pode ser analisada por quem está dentro do movimento, o analisando de dentro, o que não é o nosso caso.
●Todo esse conteúdo, com mais figuras e explicações, será posto e mostrado em forma de vídeo, na Semana Pedro II de Portas Abertas, no dia 25/10/08, quinta feira.
