Um carrinho de carga de massa total m = 200 kg deve ser acelerado de 0 para 0,50 m/s em ?t = 4,0 s. Há uma…

Questão

Um carrinho de carga de massa total m = 200 kg deve ser acelerado de 0 para 0,50 m/s em ?t = 4,0 s. Há uma força de atrito constante F_at = 150 N contrária ao movimento. Calcule a força horizontal mínima que um operador precisa aplicar e proponha medidas sustentáveis para reduzir essa força (materiais, componentes e manutenção), justificando numericamente as melhorias propostas.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculo da força mínima: a = ?v/?t = 0,50 m/s ÷ 4,0 s = 0,125 m/s². Força líquida necessária F_liq = m·a = 200 kg · 0,125 m/s² = 25 N. Como é preciso vencer o atrito F_at = 150 N, a força aplicada mínima é F_aplicada = F_at + F_liq = 150 N + 25 N = 175 N. Medidas sustentáveis para reduzir F_aplicada (com justificativa numérica): - Reduzir atrito com rolamentos eficientes: substituir casquilhos simples por rolamentos de esferas pode reduzir resistência em ~30–50%; se F_at cair 40% ? F_at' = 90 N ? F_aplicada' = 90 + 25 = 115 N (economia de 60 N de esforço). - Pneus/rodas de baixa resistência e calibragem adequada: redução adicional ~10% sobre F_at' ? F_at'' ˜ 81 N ? F_aplicada'' ˜ 106 N. - Distribuição de carga e manutenção (lubrificação periódica): evita aumento de atrito por desgaste; manutenção regular mantém F_at perto dos valores reduzidos. Escolha de materiais e aspectos sustentáveis: usar rolamentos de longa vida, peças recicláveis e lubrificantes biodegradáveis diminui impacto ambiental e frequência de substituição. Ergonomia do puxador e sistema de alavancas ou assistência mecânica (redução de força humana requerida) aumentam segurança e eficiência. Quantitativamente, combinar rolamentos e pneus de baixa resistência pode reduzir F_aplicada de 175 N para cerca de 100–120 N, diminuindo esforço humano e consumo energético em operações repetidas.

Explicação

O cálculo da força mínima necessária considera a aceleração desejada e a força de atrito, resultando em um valor que reflete a soma das forças que precisam ser superadas. As medidas sustentáveis propostas visam reduzir o atrito e, consequentemente, a força aplicada, o que não apenas facilita o movimento do carrinho, mas também diminui o consumo de energia e o desgaste dos componentes. A escolha de materiais e práticas de manutenção adequadas contribui para uma operação mais eficiente e com menor impacto ambiental.

Raio-X da questão

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