Força Centrípeta – Powerball

Componentes:
Ana Cecília #03
Carolina Teixeira #07
Luis Guilherme #22
Roberto Perez # 29

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Powerball

A Powerball é um artefato aproximadamente no formato e tamanho de uma bola de tênis, que usa o princípio do giroscópio para gerar movimento e resistência, criando um dos mais compactos aparelhos de exercício mecânicos que existem.
O giroscópio de uma Powerball pode alcançar taxas de rotação superiores a 15.000 RPM, embora a força muscular exigida para atingir números tão elevados não esteja a alcance da maioria dos seus usuários. Mas mesmo a rotações menos elevadas, o aparelho cria condições para exercitar pulso, braços e ombros, e tem a vantagem de ser prático de transportar, guardar e usar.
Segundo o fabricante, os movimentos com a Powerball são circulares e não causam impactos. “A Powerball age aumentando simultaneamente sua força e resistência no braço, pulso, dedos, ombro e mão. Quanto mais rápido movimentá-la, mais força é preciso fazer. Dependendo da força de cada usuário, a Powerball pode alcançar 250 rotações por segundo e chegar até 16 kg”.

Vendo o quão interessante a “bolinha” era, decidimos trazer e mostrar a utilidade e praticidade dessa bolinha.Demonstraremos isso, através dos conceitos físicos nela implicados.Como: Torque, momento angular e força centrípeta.

O que é um Giroscópio ?
É um dispositivo usado para orientação de navios, aviões e espaçonaves . O giroscópio consiste de um rotor suspenso por um suporte fomado por dois círculos articulados, com juntas tipo cardan. Seu funcionamento baseia-se no princípio da inércia. O eixo em rotação guarda direção fixa em relação ao espaço. O giroscópio veio a substituir a bússola na navegação marítima. Na aviação, serve de girocompasso e piloto automático, permitindo o vôo em condições de visibilidade zero. Nos vôos espaciais o dispositivo é fundamental para a orientação das espaçonaves.
O giroscópio consiste essencialmente em uma roda livre, ou varias rodas, para girar em qualquer direção e com uma propriedade: opõe-se a qualquer tentativa de mudar sua direção original. Exemplo facilmente observável é que, ao girar a roda de uma bicicleta no ar e tentar mudar a direção de seu eixo bruscamente, percebe-se uma enorme reação.
Dessa maneira, o giroscópio serve como referência de direção, mas não de posição. Ou seja, é possível movimentar um giroscópio normalmente no espaço sem qualquer trabalho além do necessário para transportar sua massa. A resistência surge contrária a forças que atuem de maneira a rotacionar seu eixo de rotação a qualquer configuração não paralela à sua posição original. Assim, um veículo munido de um giroscópio e sensores apropriados pode medir com precisão qualquer mudança em sua orientação, exceto rotações que ocorram no plano de giro dos discos do giroscópio. Por essa razão, normalmente são utilizados dois giroscópios perpendiculares de modo a integralizar a possibilidade de detecção de variações na orientação.
É usado como auxiliar em navegacão de helicópteros radio controlados, corrigindo automaticamente o curso.
As agências espaciais utilizam um aparelho baseado no giroscópio conhecido como giroscópio humano para o treinamento de astronautas. O astronauta utiliza o peso como motor e tem a sensação de “driblar a gravidade”. Somente depois de estar apto ao Giroscópio humano o astrounauta estará pronto para fazer viagens espaciais.

Torque:
É uma grandeza vetorial da física que é definida através da componente perpendicular ao eixo de rotação da força aplicada sobre a Power Ball que é efetivamente utilizada para ela girar em torno do eixo de rotação.
Numa linguagem mais informal, poderá dizer-se que o torque é a medida de quanto uma força que age na bola faz com que ela gire.

Momento Angular
É a grandeza física que relaciona a distribuição da massa desse corpo ao redor de um eixo de rotação com sua velocidade angular.
O momento angular é excepcionalmente útil na resolução de sistemas rotacionais, sejam eles formados por corpos rígidos ou por sistemas de partículas. Na verdade ele é útil em todos os casos em que é constante no intevalo estudado, pois pode-se demonstrar que o torque resultante sobre um sistema é igual à taxa de variação temporal, a derivado no tempo, do momento angular. Conclui-se que sempre que o torque total for zero o momento angular manter-se-á constante. Essa situação é mais comum do que parece, pois usualmente, nos sistemas isolados, as forças que agem internamente entre os corpos geram torques que se anulam, pois tais forças são usualmente centrais (sua linha de ação passa pelo centro geométrico do corpo) o que faz com que os pares ação-reação anulem os torques.

Força Centrípeta
É a força resultante que puxa o corpo para o centro da trajetória em um movimento curvilíneo ou circular.
Objetos que se deslocam em movimento retilíneo uniforme possuem velocidade modular constante. Entretanto, um objeto que se desloca em arco, com o valor da velocidade constante, possui uma variação na direção do movimento; como a velocidade é um vetor de módulo, direção e sentido, uma alteração na direção implica uma mudança no vetor velocidade. A razão dessa mudança na velocidade é a aceleração centrípeta
Como força é dada pela fórmula:
F = m.a ( centrípeta )
e a aceleração, neste caso particular, corresponde à aceleração centrípeta dada pela fórmula:

Ac=V²/r

temos a força centrípeta que pode ser calculada como:

F=m.v²/r

Ou seja, por aqui podemos entender que quando maior a velocidade, mais será a sensação de peso que o usuário vai sentir, ja que com a velocidade sendo elevada ao quadrado e o raio continuando o mesmo a sensação vai aumentando rapidamente.

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LHC

Colégio Pedro II – U.E. Centro
Série: 1º ano Turma: 106
Grupo: Cláudio nº 08 Douglas nº 12 Gabriel Nacif nº 16 Huang Ken Wei nº 19 :crazy:

Licença: Não foi possível postar o trabalho com licença devido a erros no momento do post do trabalho.

LHC O QUE É?

LHC é uma experiência bilionária que está sendo realizada na Europa, na fronteira da Suíça com a França, em um túnel submerso a 100 metros de profundidade. O objetivo do experimento é recriar as interações da natureza física no momento em que o universo foi criado, durante o Big-Bang. O experimento custa bilhões de dólares e está sendo projetado a quase 20 anos por uma equipe com aproximadamente 150 físicos.
Amplificadores serão usados para fornecer ondas de rádio que são projetadas dentro de estruturas repercussivas conhecidas como cavidades de frequências de rádio. Exatamente 1232 ímãs bipolares supercondutores de 35 toneladas e quinze metros de comprimento agirão sobre as transferências de energias dentro do LHC.
Os detectores de partículas ATLAS, ALICE, CMS e LHCb, que monitoram os resultados das colisões, possuem mais ou menos o tamanho de prédios de cinco andares (entre 10 e 25 metros de altura) e 12 500 toneladas. O LHC custou cerca de 3 bilhões de euros ao contribuinte europeu.
COMO FUNCIONA?

Dentro do túnel 2 protóns girarão em direções opostas, a uma velocidade próxima a velocidade da luz e, de pouco a pouco vão se aproximarem graças à Força Centrípeta. Ao se chocarem, o Big-Bang poderá ser recriado, e os cientistas poderão observar e relizar seus estudos.

FÍSICA NO LHC

Analisando fisicamente o LHC, podemos perceber que este experimento sofre a ação de uma força, a forca centrípeta (os prótons giram em dentro de um túnel circular, por isso existe a força centrípeta).

Para encontrarmos a força centrípeta no LHC devemos multiplicar a massa do próton (no caso em Kg) pela velocidade da luz ao quadrado.

1.67 x 10 -27* x 299792458² m/s = 1.5 x 10 -11*

Encontramos o resultado de 1.5 x 10 -11*. Após isso, dividimos esse valor pelo raio do LHC, 4.300 metros.

1.5 x 10 -11* / 4300 = 0.0000000000000348 N

Finalmente, encontramos a força centrípeta que é exercida no LHC, 0.0000000000000348 N.

VALORES UTILIZADOS

– Massa do próton (em Kg) = 1.67 × 10 -27*
– Velocidade da luz = 299792458 m/s
– Raio = 4.300 metros

* potências

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Força centípeta nos desenhos animados

Componentes:
Ana Carolina Nº4
Clara pinheiro Nº 8
Daniel Vianna Nº 9
Gustavo Vianna Nº 13

Professor, como combinado o tópico do nosso Trabalho será sobre a força centrípeta nos desenhos animados.

1º Exemplo:
Este primeiro exemplo se passa no filme Carros, na parte em que o carro de corrida Hudson Hornet faz uma curva na areia.

Forças Atuantes nesta parte:

*Força centrípeta
*Peso
*Normal
*Força de atrito

No carro agem as forças: peso, força normal, e força de Atrito que o chão exerce sobre os pneus.Observe que, como a tendência do carro é a de derrapar para fora da curva, a força de atrito ( Fat ), opondo-se ao escorregamento, tem sentido para o centro de curvatura da trajetória . Normal(n) e Peso (P) se equilibram e a força de atrito é a resultante centrípeta.
OBS:As outras forças são só identificadas para curiosidade.

Fc é dado por:

Fc = m . Ac mas Ac = v²/r -> Fc = m . v²/r

Fc = Fat (Explicado no texto acima)

Fat = mv²/r

Para que o carro não derrape :
Fat > m.v²/r

2º Exemplo:
Este exemplo se passa no filme Os Simpsons, Quando Hommer tenta se arriscar em um globo da morte para conseguir uma caminhonete. Ele tenta dar a volta no Globo Três vezes mas não consegue, na quarta e ultima vez Lisa Simpson sua filha diz para quando ele chegar no alto acelerar.Ele consegue!!!! Mas porque Lisa fala para Homer acelerar mais?

Podemos perceber que no caso do globo da morte o que faz com que o motociclista não caia é o princípio da inércia (no caso a tendência do corpo se manter em movimento), porque quando a aceleração é muito alta a inércia consegue agir sobre a moto fazendo com que a moto continue a girar dentro do globo.Mas também não só por isso, ela também manda ele acelerar porque a Fc depende dá velocidade, e assim ele passa com uma velocidade mais alta no topo do globo.

Forças Atuantes nesta parte:

*Força centrípeta
*Peso
*Normal
*Aceleração
*Tangencial

Calculando para 2 casos no globo.

1º caso quando ele está no topo:
Fc é dado por:

Fc = m . Ac mas Ac = v²/r -> Fc = m . v²/r

P + n = Fc

P + n = m . v²/r

2º caso:
Quando ele está na parte mais baixa do globo:
A normal é a força que um corpo exerce sobre uma superfície, neste caso a normal é maior que o pese porque, o local onde a moto está não é plano, por isso normal não pode ser maior que o peso.

Fc é dado por:
Fc = m . Ac mas Ac = v²/r -> Fc = m . v²/r

n > p
n = Fc
n – p = m . v²/r
n = m. v²/r + p

3º Exemplo:

Este exemplo é mais uma curiosidade sobre o porquê de algumas pistas de corridas serem inclinadas.

No caso as forças que agem sobre o automóvel são o peso (p) e a força normal (n). Como o automóvel realiza MCU ( Movimento Circular Uniforme), a resultante dessas forças é a centrípeta.
Fc é dado por:
Neste caso normal é a força centrípeta(Mas só ela decomposta)
Fc = m . Ac mas Ac = v²/r -> Fc = m . v²/r

A equação para o calculo é dada por:

Tg alfa = Fc/p -> Tg alfa = m. v²/ r / m.g

Tg alfa = v²/ r . g -> r. g .tg alfa = v²

Desta equação podemos concluir que quanto maior o alfa maior vai ser a velocidade do carro sem o mesmo derrapar.assim o carro não perde traçã e sua velocidade fica mais alta.

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Força centrípeta nos desenhos animados

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