Analise, com base em princípios físicos, por que em brincadeiras de roda (crianças de mãos dadas girando) é…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Analise, com base em princípios físicos, por que em brincadeiras de roda (crianças de mãos dadas girando) é possível aumentar a velocidade angular sem que as crianças sejam arremessadas para fora. Discuta forças envolvidas, variação de raio e conservação do momento angular. Use fórmulas e unidades SI.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
A força centrípeta necessária é F_c = m·v²/r = m·?²·r (N), dirigida ao centro e provida pela tensão nos braços; o atrito no solo fornece reação horizontal. Se as crianças reduzem o raio r (puxam os braços), e se não há torque externo apreciável, o momento angular L = I·? se aproxima de se conservar ? ? aumenta (I diminui). Ex.: m = 30 kg, r_i = 1,50 m, ?_i = 0,80 rad/s ? F_c = m·?_i²·r_i = 30·0,64·1,5 ˜ 28,8 N; ao reduzir r metade, ? sobe e F_c cresce, exigindo maior tensão e atrito. Limites de segurança: tensão e atrito máximos e equilíbrio de forças verticais (peso m·g com g = 10 m/s²).
Explicação
A análise das forças centrípetas e do momento angular mostra que, ao reduzir o raio da roda, a velocidade angular aumenta para conservar o momento angular, desde que não haja torques externos significativos. A tensão nos braços das crianças e o atrito no solo são fundamentais para manter a força centrípeta necessária, evitando que elas sejam arremessadas para fora. Assim, a dinâmica da brincadeira depende do equilíbrio entre essas forças e das limitações físicas dos participantes.
Raio-X da questão
velocidade angular e forças
avaliacao
velocidade angular · conservação do momento angular
Revisar conceitos de momento angular e forças em movimento circular.
Os alunos podem confundir a relação entre força centrípeta e a velocidade angular, não considerando a importância do raio na dinâmica do movimento.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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