Analise as forças que atuam em uma pipa em voo estacionário e calcule se a sustentação é suficiente para…
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 as forças que atuam em uma pipa em voo estacionário e calcule se a sustentação é suficiente para manter uma pipa de área A = 0,50 m² e massa equivalente (peso) W = 10,0 N voando com vento de velocidade v = 8,0 m/s. Use ? = 1,2 kg/m³, coeficiente de sustentação C_L = 1,0 e coeficiente de arrasto C_D = 0,20. Apresente equações, cálculos e discuta equilíbrio de forças e influência de mudanças em v e A.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Força de sustentação: L = (1/2)? C_L A v². Substituindo: L = 0,5·1,2·1,0·0,50·(8,0)² = 19,2 N ? L > W (19,2 N > 10,0 N), portanto há excesso de sustentação de 9,2 N. Força de arrasto: D = (1/2)? C_D A v² = 0,5·1,2·0,20·0,50·64 = 3,84 N. O fio da pipa transmite uma tensão T cuja componente vertical T_y equilibra (L - W) = 9,2 N e a componente horizontal T_x = D = 3,84 N; magnitude T = v(T_x²+T_y²) ˜ v(3,84²+9,2²) ˜ 9,97 N e ângulo acima da horizontal f = arctan(T_y/T_x) ˜ 67,4°. Aumentos em v ou A aumentam L ? v²·A, melhorando sustentação; porém arrasto também cresce ? v²·A, alterando a posição de equilíbrio e exigindo maior tensão no fio. Perdas por turbulência e variações de C_L ou fluxo de vento podem destabilizar a pipa, exigindo ajustes no ângulo de ataque e no comprimento/tensão do fio para manter voo estável.
Explicação
A sustentação é calculada com base na área da pipa, na densidade do ar e na velocidade do vento, demonstrando que a força de sustentação supera o peso da pipa, permitindo seu voo. O cálculo da força de arrasto mostra a resistência que a pipa enfrenta, que deve ser equilibrada pela tensão no fio. A análise das variáveis de velocidade e área revela como elas influenciam tanto a sustentação quanto o arrasto, impactando a estabilidade do voo da pipa.
Raio-X da questão
forças em pipa
avaliacao
equilíbrio de forças · cálculo de sustentação
Revisar conceitos de sustentação e arrasto em fluidos.
O aluno pode confundir a relação entre a velocidade do vento e a sustentação, não considerando como a variação na área da pipa afeta o resultado.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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