Exercícios: Aplicações do quotidiano: peso, normal, atrito e segurança rodoviária

Um candeeiro está imóvel sobre a mesa de cabeceira e não cai ao chão, como se mostra na figura.

A Terra puxa-o para baixo com o seu peso: que outra força atua sobre o candeeiro, quem a exerce e em que direção e sentido?

Indica duas situações do quotidiano em que o atrito nos ajuda (sem ele não conseguiríamos fazer algo) e explica brevemente cada uma.

Indica duas situações do quotidiano em que o atrito prejudica (consome energia, desgasta peças ou aquece) e explica como se costuma reduzir em cada caso.

Explica por que razão é tão fácil escorregar ao caminhar num passeio com gelo. Qual é o papel do atrito? Por que razão se espalha sal ou areia sobre o gelo?

Explica para que serve o capacete de bicicleta pensando no que aconteceria à tua cabeça numa queda, com e sem capacete. Que vantagem traz o facto de o impacto durar um pouco mais de tempo?

Os pneus dos automóveis têm relevos no piso da banda de rodagem e devem ser substituídos quando estão «lisos». Explica para que servem esses relevos e que perigo existe em circular com pneus lisos, sobretudo com o piso molhado.

Seguras na mão aberta, sem mover, um saco com $2\ \text{kg}$ de laranjas, como se mostra na figura. Considera $g \approx 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) Quanto pesa o saco?
2. b) Com que força empurra a tua mão para cima? Justifica considerando que o saco não tem aceleração.

Completa a frase e dá um exemplo da vida quotidiana: «A força de atrito entre duas superfícies em contacto opõe-se sempre ao $\dots$ relativo entre elas, ou à tendência para $\dots$».

Uma máquina de lavar roupa de $60\ \text{kg}$ está imóvel sobre o chão da cozinha. Considera $g \approx 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) Calcula o seu peso.
2. b) Quanto vale a força normal que o chão exerce sobre ela? Justifica.
3. c) O peso e a normal são forças iguais e de sentidos opostos, mas NÃO formam um par ação-reação: explica porquê (pista: repara em que corpo atua cada uma).

Para arrastar o sofá pela sala é preciso empurrar com força no início, mas depois de começar a mover-se desliza com menos esforço.

1. a) Explica que diferença existe entre o atrito em repouso e o atrito em movimento.
2. b) O que aconteceria à força necessária se antes retirasses as almofadas e esvaziasses as gavetas? Justifica a resposta.

Travar de bicicleta sobre uma placa de gelo é muito perigoso.

1. a) Explica o que acontece à roda e ao atrito se travares a fundo sobre gelo.
2. b) Prevê por que razão é melhor travar suavemente e usar sobretudo o travão traseiro nessa situação.

Ordena estas situações por ordem crescente de distância de travagem e justifica a ordem com base na velocidade e no atrito disponível:

1. a) Um carro a $50\ \text{km/h}$ com o piso seco.
2. b) O mesmo carro a $50\ \text{km/h}$ com o piso molhado.
3. c) O mesmo carro a $100\ \text{km/h}$ com o piso seco.

Arrastar uma cómoda pesada sobre uma alcatifa custa muito mais do que sobre um chão de mármore polido.

1. a) Explica porquê, referindo o atrito entre as superfícies em contacto.
2. b) Indica uma situação em que seja vantajoso ter um atrito elevado e outra em que seja conveniente ter um atrito reduzido.

Os esquiadores aplicam cera na base dos esquis antes de uma competição.

1. a) O que conseguem com isso? Relaciona com o atrito.
2. b) Dá outro exemplo de desporto ou máquina em que se use cera, óleo ou outro lubrificante, e explica a sua função.

Numa colisão, a cabeça do condutor tende a continuar a mover-se para a frente (primeira lei). O airbag insufla numa fração de segundo para a travar.

1. a) Por que razão é menos gravoso travar a cabeça com o airbag do que contra o volante?
2. b) Relaciona a tua resposta com a segunda lei: o que acontece à força se a travagem for distribuída por mais tempo?

O capacete de mota tem no seu interior uma camada espessa de esferovite que se deforma ao sofrer um impacto.

1. a) Explica que vantagem traz a deformação do material em vez de este ser totalmente rígido.
2. b) Por que razão se recomenda substituir o capacete após um impacto forte, mesmo que por fora pareça intacto?

Um livro está imóvel sobre uma mesa, como se mostra na figura.

1. a) Refere as duas forças que atuam sobre o livro, quem exerce cada uma e em que sentido.
2. b) Explica por que razão essas duas forças não formam um par ação-reação.
3. c) Indica qual é a verdadeira reação do peso do livro (pista: quem é atraído pelo livro?) e a verdadeira reação da normal (pista: que força exerce o livro sobre a mesa?).

Puxas um carrinho de bagagem de $10\ \text{kg}$ pelo chão do aeroporto com uma força horizontal de $30\ \text{N}$, como se mostra na figura, e o carrinho avança com velocidade constante.

1. a) Quanto vale a força resultante sobre o carrinho? Quanto vale, então, o atrito?
2. b) De repente, puxas com $50\ \text{N}$ (mantendo o atrito o mesmo valor): calcula a aceleração do carrinho.
3. c) A primeira lei diz que, sem forças, um corpo continuaria a mover-se: por que razão é necessário continuar a puxar para manter a velocidade constante? Não há contradição: explica porquê.

Dois carros idênticos (mesma massa) circulam, um a $50\ \text{km/h}$ e outro a $100\ \text{km/h}$, e ambos travam ao mesmo tempo com a mesma força de travagem.

1. a) Usando a segunda lei, explica por que razão os dois desaceleram de igual modo.
2. b) Justifica qual dos dois necessitará de mais tempo para parar e, portanto, de mais metros.
3. c) Com base nesta ideia, explica por que razão, na cidade, o limite de velocidade é de $30\ \text{km/h}$ ou de $50\ \text{km/h}$ e não de $120\ \text{km/h}$.

Nas aulas de condução recomenda-se duplicar ou triplicar a distância de segurança quando chove.

1. a) Explica o que acontece ao atrito entre o pneu e o piso em piso molhado (a água atua como «lubrificante»).
2. b) Relaciona esse menor atrito com a força máxima de travagem disponível e, usando a segunda lei, com a desaceleração que o carro consegue atingir.
3. c) Conclui: por que razão quando chove se deve circular mais devagar, mesmo que o carro e os travões sejam exatamente os mesmos?

Analisa uma colisão frontal a $50\ \text{km/h}$ com as leis de Newton:

1. a) Explica, com a primeira lei, o que acontece ao corpo de um passageiro sem cinto de segurança no momento do impacto.
2. b) Explica que duas funções desempenha o cinto para o proteger: segurá-lo e distribuir a força por zonas resistentes do corpo.
3. c) O airbag aumenta o tempo de paragem da cabeça: usando a segunda lei, justifica por que razão isso reduz a força sofrida pela cabeça.

É preciso empurrar um carro avariado para o retirar da faixa de rodagem. Custa imenso pô-lo em movimento, mas assim que começa a rolar mantém-se em movimento com um empurrão suave.

1. a) Explica a primeira fase com base na inércia e no atrito em repouso.
2. b) Explica a segunda fase com base no atrito em movimento e na primeira lei.
3. c) Se em asfalto plano deixassem de empurrar, o carro pararia instantaneamente? Justifica a resposta.

Os troços com gravilha solta são especialmente perigosos nas curvas.

1. a) Explica, com a primeira lei, o que tende a fazer um carro ao chegar a uma curva.
2. b) Que força é que realmente consegue fazer o carro curvar? O que acontece se essa força for reduzida devido à presença de gravilha solta?
3. c) Relaciona o que foi dito com os sinais de «gravilha solta» e com a recomendação de reduzir a velocidade antes da curva, e não durante a mesma.

Os carros modernos são concebidos com «zonas de deformação programada»: a carroçaria amarrota-se de forma controlada durante uma colisão.

1. a) À primeira vista parece melhor um carro indeformável: explica por que razão isso seria, na verdade, pior para os passageiros.
2. b) Relaciona a deformação com o tempo de duração da travagem na colisão e, usando a segunda lei, com a força que atinge os passageiros.
3. c) Que semelhança existe entre esta conceção, o airbag e a espuma do capacete?

Desafio do tema. Cria um relatório pericial de segurança rodoviária analisando a travagem e a inércia em veículos.

Fase 1. Experimentação: Impulsiona uma pequena caixa sobre uma mesa usando sempre a mesma tensão de um elástico. Mede a distância de travagem $d$ com uma régua ($\pm 0,1\text{ cm}$) variando a massa: vazia ($m$), com moedas ($2m$) e com o triplo ($3m$). Realiza três repetições por massa, calcula a média com a tua incerteza e constrói uma tabela e um gráfico de $d$ em função de $m$.

Fase 2. Análise newtoniana: Explica o movimento usando a 1.ª lei (inércia). Aplica a 2.ª lei ($F = m \cdot a$) para deduzir a força resultante de travagem e identifica o par ação-reação (3.ª lei) entre o objeto e a superfície, esquematizando o peso, a normal e o atrito.

Fase 3. Aplicação rodoviária: Consulta no site oficial da ANSR os fatores que alteram a distância de paragem. Redige uma proposta fundamentada com três recomendações para condutores, justificando com a física estudada e os dados da ANSR o perigo do excesso de carga e do desgaste dos pneus, e discute se os teus dados experimentais bastam para explicar o perigo da carga.

Será valorizado:

• Rigor na recolha de dados, tratamento da incerteza e traçado de tabela e gráfico.

• Correção científica ao aplicar as três leis de Newton e as forças envolvidas.

• Qualidade da proposta rodoviária apoiada nos dados experimentais e da ANSR.